memoria pantalla led

DISEÑO ESTRUCTURAL

ESTRUCTURA PANTALLA LED

BASADO EN

CONTENIDO

Pág.

1 GENERALIDADES ...................................................................................... 3

1.1 OBJETO ...................................................................................................... 3

1.2 ALCANCE ................................................................................................... 3

1.3 REGLAMENTACIÓN Y NORMAS APLICABLES ....................................... 3

2 ASPECTOS FUNCIONALES DEL PROYECTO ........................................... 3

2.1 GEOMETRÍA ............................................................................................. 4

3 ESPECIFICACIONES ESTRUCTURALES DEL PROYECTO ...................... 5

3.1 ESPECIFICACIONES DE LOS MATERIALES ............................................ 5

3.2 MÉTODOS DE ANÁLISIS Y DISEÑO .......................................................... 5

4 ANÁLISIS ESTRUCTURAL ........................................................................ 6

4.1 MODELO MATEMÁTICO ......................................................................... 6

4.2 EVALUACIÓN DE CARGAS ...................................................................... 8

4.3 ANÁLISIS SÍSMICO .................................................................................. 13

4.4 COMBINACIONES DE CARGA................................................................. 15

5 REQUISITOS DE ANÁLISIS SISMO RESISTENTE ................................... 16

5.1 ANÁLISIS MEDIANTE FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE ............ 16

6 DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES ......................................... 19

6.1 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES

19

7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................................. 21

8 ANEXOS – REPORTE SAP2000 ................................................................. 22

1 GENERALIDADES

1.1 OBJETO

Realizar los estudios y diseños propios del proyecto “ESTRUCTURA PANTALLA LED”,

para dar cumplimiento a los requisitos de seguridad y funcionalidad, según el Reglamento

NSR-10 y Normas complementarias que sean aplicables para este tipo de construcciones.

1.2 ALCANCE

El proyecto tiene como base, realizar los estudios y diseños que permitan definir las

condiciones de la estructura necesarias para resistir las solicitaciones a las cuales estará

expuesta y su respectiva evaluación; determinar una tipología estructural; dimensionar los

elementos estructurales; determinar el estado de cargas y fuerzas internas y realizar el

diseño de los elementos estructurales.

1.3 REGLAMENTACIÓN Y NORMAS APLICABLES

A continuación se mencionan los documentos técnicos y reglamentación vigente que

definen criterios base y requisitos esenciales en el desarrollo de este diseño estructural.

Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10

American Institute of Steel Construction AISC360

2 ASPECTOS FUNCIONALES DEL PROYECTO

Dentro de la metodología de desarrollo del proyecto estructural se encuentra un compendio

sobre el análisis y revisión de la información sobre el diseño, la evaluación de materiales y

acabados, los espacios funcionales y requeridos para el proyecto, la presencia de

maquinaria y otros elementos de la infraestructura y la afectación de todos estos parámetros

mencionados en el diseño estructural.

2.1 GEOMETRÍA

El proyecto define una estructura, que será soportada sobre dos torres en celosía que

servirán como columnas, y en la parte superior se plantea un entramado en celosías el cual

soportará la pantalla LED que se instalará, las celosías están conformadas por elementos

tipo PT (Perfil Tubular Estructural).

La estructura que se ha planteado tiene un ancho total de 10.64 metros, la altura de las

columnas es de 14.55 m, la altura de la estructura soporte para la pantalla es de 4.86 metros

de manera que la altura total será de 19.41 metros.

Figura 1. Geometría del proyecto.

3 ESPECIFICACIONES ESTRUCTURALES DEL PROYECTO

3.1 ESPECIFICACIONES DE LOS MATERIALES

3.1.1 Acero Estructural

Perfiles Tubulares ASTM A-500 Grado C

fy= 350 MPa ; Fu= 450 MPa

Láminas ASTM A-572 Grado 50

fy= 250 MPa ; Fu= 400 MPa

3.2 MÉTODOS DE ANÁLISIS Y DISEÑO

Análisis Sísmico: Análisis Dinámico Modal – Método de la Fuerza Horizontal

Equivalente.

Diseño Acero Estructural: Método del estado límite de resistencia Titulo F (NSR-

10) y recomendaciones AISC-360-10 (American Institute of Steel Construction)

4 ANÁLISIS ESTRUCTURAL

4.1 MODELO MATEMÁTICO

4.1.1 Geometría y Tipología del Modelo Matemático

Se elaboró un modelo de análisis computacional, en el cual se definió la estructura

utilizando elementos tipo frame para la modelación de los elementos que conforman la

estructura de celosía.

Figura 2. Detalle del Modelo Matemático Empleado en el Diseño.

4.1.2 Definición de Materiales y Secciones en el Modelo Matemático

Para la elaboración del modelo matemático se alimentó el programa con la información

referente a los materiales utilizados, en este caso el acero, y para la geometría de los

elementos se definieron las diferentes secciones, utilizando elementos tipo “frame” para la

simulación de las secciones (Diagonales, Montantes, Riostras).

Figura 3. Asignación de Materiales en Software de Diseño.

Figura 4. Asignación de Secciones en Software de Diseño.

4.2 EVALUACIÓN DE CARGAS

Para realizar el diseño de la estructura objeto de estudio se han considerado las siguientes

hipótesis de carga:

4.2.1 Cargas Muertas (D)

Corresponde al peso propio de la estructura que se está estudiando.

Para que el software de diseño reconozca el peso propio de la estructura analizada se

definió un patrón de carga llamado “PP” al cual se le ha asignado uno (1) en la casilla “Self

Weight Multiplier”:

Figura 5. Activación de Peso Propio en el Software de Diseño.

Dentro de las cargas muertas también se ha considerado el peso de la pantalla LED que se

instalará, que de acuerdo al manual de instalación del fabricante, tiene una magnitud de 60

kg/m² que equivalen a 0.60 kN/m².

Figura 6. Asignación de Cargas Muertas en el Software de Diseño.

4.2.2 Carga Viva (L):

Corresponde a la carga viva que se puede producir sobre la estructura, cuando está el

personal de mantenimiento, para este análisis se ha estimado como carga viva una carga de

200 kg/m² que equivalen a 2.0 kN/m².

Figura 7. Asignación de Cargas Vivas en el Software de Diseño (kN/m²).

4.2.3 Cargas de Viento (W):

De acuerdo a lo especificado en el capítulo B.6 del Reglamento NSR-10 las cargas de

viento mínimas a tener en cuenta en el diseño no pueden ser inferiores a: 0.40 kN/m².

La carga de viento para el soporte de la pantalla se calculó de acuerdo a las

recomendaciones dadas en el capítulo B.6.5.14 del reglamento NSR-10.

Para el análisis de viento para la estructura de celosía se siguieron las recomendaciones

dadas por la norma ASCE 7-10.

Figura 8. Definición de Cargas de Viento en el Software de Diseño.

CÁLCULO DE FUERZAS DE VIENTO PARA VALLAS (NSR-10)

1. PARÁMETROS DE DISEÑO

Localización: Bucaramanga

Zona Amenaza

Eólica (Región):1

Posibilidad de

huracanes?NO

Grupo Edific.: III Categ. Expos.: B

Factor. Import. (I): 1.15 Velocidad (m/s): 17

Altura Valla (m): 4.86 Largo Valla (m): 10.64

h total valla (m): 19.41

Como la fuerza de viento es menor a 40 kg/m², se utilizará la carga mínima de viento.

Figura 9. Asignación de Cargas de Viento en Software de Diseño (kN/m²)

2. CÁLCULO DE FUERZAS DE VIENTO

B.6.5-26 - NSR-10

B.6.5.-13 - NSR-10

Kz: 0.70 Tabla B.6.5-3-NSR-10

Kzt: 1.00 Factor de Efectos Topográficos

kd: 0.85 Tabla B.6.5-4-NSR-10

qh (N/m²): 121.22 Presión por Velocidad del Viento

G: 1.00 Factor de Ráfaga

s/h: 0.25 Relación de Galibo

B/s: 2.19 Relación de Aspecto

Cf: 1.80 Coef. De fuerza neta Fig. B.6.5-17-NSR-10

F (N/m²): 218.20 Aprox. (kg/m²) 22.24

sfh ACGqF

IVkkkq dztzh 2613.0

4.3 ANÁLISIS SÍSMICO

Para realizar el análisis sísmico se han tenido en cuenta las recomendaciones y

disposiciones que el reglamento NSR-10 plantea para los diferentes municipios del

territorio nacional, en este caso el Municipio de Bucaramanga (Santander).

4.3.1 Nivel de Amenaza Sísmica y Valores de Aa y Av

De acuerdo al apéndice A-4, del reglamento NSR-10, para el Municipio de Bucaramanga

(Santander), el coeficiente de aceleración horizontal pico efectiva, Aa, tiene un valor de

0.25 y el coeficiente de velocidad horizontal pico efectiva, Av, tiene un valor de 0.25.

4.3.2 Efectos Locales

Estos efectos dependen del tipo y perfil del suelo, que según las recomendaciones del

estudio de suelos, define unos factores de sitio Fa=1.30 y Fv=1.90 para un perfil de suelo

clasificado como tipo D, a falta del estudio de suelos en el momento de elaboración de este

informe el tipo de suelo se ha asumido.

4.3.3 Grado de Importancia

Según las cualidades funcionales del proyecto, su uso y tipo de ocupación, la estructura

tiene un coeficiente de Importancia I=1.25 según el grupo de importancia III, de acuerdo a

la clasificación del capítulo A.2.5 del reglamento NSR-10.

4.3.4 Capacidad de Disipación de Energía:

Para el diseño de los elementos estructurales se trabaja con una capacidad de disipación de

energía Especial (DES). De acuerdo al apéndice A-1 y la tabla A-1.3-1 del Reglamento

NSR-10, la estructura objeto de estudio tiene un coeficiente de Disipación de energía básico

Ro= 3.50 para sistemas de Avisos y Vallas Publicitarias, la estructura no presenta

irregularidades, según la clasificación de las tablas A.3-6 y A.3-7 del reglamento NSR-10.

La estructura no tiene ausencia de redundancia por lo tanto se permite asignar un factor

фr= 1.00.

Para estructuras metálicas que puedan permitir uniones soldadas en obra, el coeficiente de

disipación de energía R, debe ser multiplicado por 0.90, esto de acuerdo a lo prescrito en la

tabla A.3-3 del reglamento NSR-10.

Luego: R= 0.90 x Ro x фp x фa x фr; entonces R= 3.15

Figura 10. Espectro de Diseño de Acuerdo a A.2.6.1.2 del Reglamento NSR-10.

Figura 11. Espectro de Diseño para Bucaramanga (Santander).

4.3.5 Fuerzas Sísmicas (E):

La definición de las fuerzas de origen sísmico en el modelo de análisis tiene en cuenta la

masa calculada en el modelo, a partir de la geometría de los elementos y las propiedades

del material que los conforma, adicional a este análisis se tienen en cuenta las cargas

gravitacionales adicionadas al modelo en los casos de cargas muertas de los elementos no

estructurales, acabados y todos los elementos permanentes que tengan aporte en estas

fuerzas inerciales de sismo. La definición de la masa se realiza a partir del peso propio y de

las fuerzas seleccionadas de cargas muertas así:

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50

Sa (

g)

T (s)

Espectro de diseño de Bucaramanga (Santander)

Figura 12. Definición de Masas que Interactúan en el Modelo.

4.4 COMBINACIONES DE CARGA

Se utilizarán las combinaciones de carga de acuerdo a lo mencionado en el capítulo B.2 del

Reglamento NSR-10.

Combinaciones de Carga para Diseño de Elementos Estructurales

Se utilizarán las combinaciones recomendadas para el método de la resistencia

última, las fuerzas sísmicas (E) serán reducidas por el coeficiente de disipación de

energía, SISMO (X o Y) / R.

COMB1: 1.40 D

COMB2: 1.20 D + 1.60 L + 0.50 (Lr ó G)

COMB3: 1.20 D + 1.60 (Lr ó G) + (1.0 L ó 0.50 W)

COMB4: 1.20 D + 1.0 W + 1.0 L + 0.50 (Lr ó G)

COMB5: 1.2 D + 1.0 E X + 0.30 E Y + 1.0 L

COMB6: 1.2 D + 1.0 E X - 0.30 E Y + 1.0 L

COMB7: 1.2 D - 1.0 E X + 0.30 E Y + 1.0 L

COMB8: 1.2 D - 1.0 E X - 0.30 E Y + 1.0 L

COMB9: 1.2 D + 1.0 E Y + 0.30 E X + 1.0 L

COMB10: 1.2 D + 1.0 E Y - 0.30 E X + 1.0 L

COMB11: 1.2 D - 1.0 E Y + 0.30 E X + 1.0 L

COMB12: 1.2 D - 1.0 E Y - 0.30 E X + 1.0 L

COMB13: 0.90 D + 1.0 W

COMB14: 0.9 D + 1.0 E X + 0.30 E Y

COMB15: 0.9 D + 1.0 E X - 0.30 E Y

COMB16: 0.9 D - 1.0 E X + 0.30 E Y

COMB17: 0.9 D - 1.0 E X - 0.30 E Y

COMB18: 0.9 D + 1.0 E Y + 0.30 E X

COMB19: 0.9 D + 1.0 E Y - 0.30 E X

COMB20: 0.9 D - 1.0 E Y + 0.30 E X

COMB21: 0.9 D - 1.0 E Y - 0.30 E X

5 REQUISITOS DE ANÁLISIS SISMO RESISTENTE

5.1 ANÁLISIS MEDIANTE FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE

Del espectro de diseño definido se sabe que la máxima aceleración horizontal está definida

por la siguiente ecuación:

Sa=2.5 x Aa x Fa x I

Sa=2.5 x 0.25 x 1.30 x 1.25

Sa= 1.02 g

5.1.1 MASA PARTICIPANTE

TABLE: Joint Reactions

Joint OutputCase CaseType F1 F2 F3 M1 M2 M3

Text Text Text KN KN KN KN-m KN-m KN-m

1 PESO Combination -0.22 0.07 17.75 0.00 0.00 0.00

3 PESO Combination -0.10 -0.03 20.97 0.00 0.00 0.00



85 PESO Combination 0.42 -0.01 20.97 0.00 0.00 0.00

87 PESO Combination -0.09 0.05 17.68 0.00 0.00 0.00

127 PESO Combination 0.22 -0.02 7.70 0.00 0.00 0.00


El peso total de la estructura, W, es entonces: W = 103.68 kN

Se toma del modelo la tabla de reacciones para cargas de peso propio y cargas muertas permanentes en la

estructura, esto de acuerdo a los prescrito en el capítulo A del reglamento NSR-10.

5.1.2 CÁLCULO DE CORTANTE BASAL

El cortante en la base, Vs, es:

as SgMV

En donde: M= Masa Participante

g= Gravedad (9.81 m/seg²)

Sa= Máxima aceleración horizontal en el espectro de diseño

Vs= 103.68 kN x 1.02 g = 105.75 kN

5.1.3 CORTANTE EN LA BASE OBTENIDO EN EL MODELO

El cortante en la base es igual a la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de cada

componente:

22 FsyFsx = 70.34 kN

Los cortantes dinámicos en la base de la estructura se obtienen a partir de las reacciones en sus nodos de apoyo en el suelo para los

casos de carga de sismo

TABLE: Joint Reactions

Joint OutputCase CaseType StepType F1 F2 F3 M1 M2 M3

Text Text Text Text KN KN KN KN-m KN-m KN-m

1 SISMO X LinRespSpec Max 17.36 17.36 266.98 0.00 0.00 0.00

1 SISMO Y LinRespSpec Max 0.96 0.96 238.67 0.00 0.00 0.00







85 SISMO X LinRespSpec Max 17.44 17.44 276.96 0.0000 0.0000 0.00E+00

85 SISMO Y LinRespSpec Max 1.97 1.97 242.09 0.0000 0.0000 0.00E+00







CORTANTES FINALES

Resulta entonces:

FSX FSY

kN kN

69.58 10.35

10.35 69.58

DIRECCIÓN

SISMO X

SISMO Y

Se compara el cortante en la base hallado estáticamente (Vs) contra el cortante en la base

que arroja el programa de análisis utilizado:

Factor de Ajuste (F)

Vt

VsF = 20.1

34.70

8.0*75.105 , dado que el factor de ajuste es mayor a la unidad se

comprueba entonces que la masa que está participando en el modelo no es coherente con la

masa de la estructura analizada, para encontrar la coherencia entre las masas que participan

en el evento sísmico, se afecta la gravedad por el factor de ajuste en los casos de sismo,

cumpliendo así con los requisitos estipulados en el capítulo A.5.4.5 del reglamento NSR-

10.

Figura 13. Afectación de la Gravedad en Casos de Sismo.

6 DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

6.1 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES

La verificación del diseño de los elementos en acero estructural, cumple los requisitos del

Titulo F del reglamento NSR-10 y las recomendaciones del AISC 360-10, con las

combinaciones de diseño por estados límites de resistencia según el Titulo B del

reglamento NSR-10.

Figura 14. Parámetros de Diseño para Elementos de Acero Estructural.

Para el diseño de los elementos metálicos, la asignación de los perfiles de diseño es

realizado por varias secciones tipo AutoSelect en el programa de diseño, determinadas para

cada tipología de elementos estructurales del proyecto, las cuales tienen incluidas una

librería de varias secciones. La revisión del estado de esfuerzos para cada uno es obtenido

en una selección automática, la cual da el punto de partida para realizar la iteración de la

sección más eficiente sin afectar el nivel de seguridad de la estructura, a criterio del

diseñador, donde la intención es mantener coeficientes de sobre esfuerzo menores a 1.00

como se evidencia en la Figura 15.

Figura 15. Interacción de Esfuerzos en Elementos Metálicos.

Ver Anexo 1 – Reporte Sap2000

7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La estructura para el soporte de la pantalla debe tener las siguientes características:

Columnas:

Cordones: PT- 75 x 75 x 6.0 mm ASTM A-500 Gr C

Diagonales: PT- 40 x 40 x 1.5 mm ASTM A-500 Gr C

Montantes: PT- 40 x 40 x 1.5 mm ASTM A-500 Gr C

Cercha Soporte Pantalla:




Cercha Central:




Cerchas de Rigidez:




Cortavientos: PT- 40 x 40 x 1.5 mm ASTM A-500 Gr C

8 ANEXOS – Reporte SAP2000

memoria pantalla led

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