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UNIVERSIDAD DEL BÍO-BÍO
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPTO. DE INGENIERÍA CIVIL
Entrega N° 2 – Diseño de estructuras metálicas.
ANÁLISIS DE MARCO
PLANO
Integrantes: Esteban Salas V.
Manuel Quintana S.
Angelo Sandoval M.
Profesor: Oscar Gutierrez Asignatura: Diseño de estructuras metálicas Fecha: 30 de Mayo de 2012
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
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ÍNDICE
1.- INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 3
2.- OBJETIVOS ................................................................................................................. 4
2.1.- Generales ................................................................................................................... 4
3.- GENERALIDADES. .................................................................................................... 5 3.1.- Ubicación................................................................................................................... 5
3.2.- Fines de uso. .............................................................................................................. 5 3.3.- Descripción. ............................................................................................................... 5
4.-ESTRUCTURACION.................................................................................................... 6
4.1.- Marcos. ...................................................................................................................... 6 4.2.- Costanera. .................................................................................................................. 6
4.3.- Espaciamiento. ........................................................................................................... 7
5.- CRITERIOS DE DISEÑO. ........................................................................................... 7 5.1.- Carga de peso propio.................................................................................................. 7
5.2.- Sobrecarga. ................................................................................................................ 7 5.3.- Costanera. .................................................................................................................. 8 5.4.- Carga de viento marco plano. ..................................................................................... 8
5.4.1- Carga de viento estructura 3D (Longitudinal). ........................................................ 11 5.5.- Fuerzas puntuales sobre viga reticulada. ................................................................... 13
5.6.- Análisis Sísmico. ..................................................................................................... 14 5.6.1.- Coeficiente Sísmico. ............................................................................................. 14
5.6.2.- Factor de importancia. ........................................................................................... 15 5.6.3.- Peso sísmico. ........................................................................................................ 15
6.- COMBINACIONES. .................................................................................................. 16
7.- MODELACIÓN. ........................................................................................................ 17
8.- CONTROL DE DEFORMACIONES ......................................................................... 18
9.- CONTROL DE TENSIONES. .................................................................................... 23
10.- PESO ESTRUCTURA. ............................................................................................. 44
11.- UNIONES ................................................................................................................ 44
11.1.- Unión en el hombro................................................................................................ 44 11.2.- Unión Viga reticulada - Columna. .......................................................................... 48
12.- CONCLUSIONES. ................................................................................................... 51
13.- BIBLIOGRAFIA. ..................................................................................................... 52
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1.- INTRODUCCIÓN
En el presente informe se muestra la modelación y análisis para la estructura
3D, de acuerdo al control de deformaciones que exige la normativa vigente y la verificación de los esfuerzos actuantes en cada elemento en relación a su capacidad. Los resultados que se entregan se obtuvieron a través de la modelación en RAM en conjunto con cálculos realizados en planilla Excel. También se añaden cálculos de las uniones columna- enrejado y de hombro.
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2.- OBJETIVOS
2.1.- Generales
Verificación de arriostramientos verticales y horizontales. Verificación de las columnas de viento. Verificación deformaciones longitudinales. Análisis de sismo longitudinal
Análisis de viento longitudinal Verificación de vigas puntales. Unión viga reticulada – columna Unión hombro.
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3.- GENERALIDADES.
3.1.- Ubicación.
La estructura que se diseñara en este informe es un galpón. La ubicación geográfica
de este galpón es en la zona céntrica de concepción.
3.2.- Fines de uso.
La estructura de acero se compone de dos áreas, una destinada a oficinas y la otra
para bodega, ambas conformadas por marcos.
3.3.- Descripción.
Materialidad:
La estructura de todo el galpón será apernada, compuesta de perfiles de acero A42-27ES (enrejado) y A36 (columnas y vigas).
Concepción de la geometría: La techumbre de la bodega se compone de una cubierta tipo PV6 de espesor
0,5(mm), mientras que por el lado de la oficina una cubierta tipo Kover Panel de espesor 50(mm).
El largo de la estructura es 60 (m), y sus dimensiones básicas se muestran en el
siguiente esquema:
Imagen 1 - Esquema del galpón bodega-oficina
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4.-ESTRUCTURACION.
4.1.- Marcos.
El marco con que se diseñará la bodega se compone de los siguientes elementos:
2 columnas laminadas IPE 450, y su longitud requerida es de 7 (m). 2 vigas laminadas IPE 400, y su longitud requerida es de 12,5 (m), que se
unirán en la cumbrera a los 9 m. El marco con que se diseñará la oficina compone de los siguientes elementos:
1 columna laminada IPE 450, y su longitud requerida es de 4 (m). 1 viga reticulada que contará en su estructura con perfiles C 150x50x2 para la
cuerda superior e inferior, a excepción de el extremo inferior izquierdo, donde se utilizará un perfil C 150x50x4. El largo total requerido para cada cuerdas es de 8,25 (m) de longitud. Los perfiles para diagonales y montantes serán C2L 50x50x2 espaciados cada 4.6 [cm], sus longitudes serán 0,96(m) y 0,5(m) respectivamente.
OBS: la verificación del cordón superior e inferior se encuentra en el Anexo.
Imagen 2 – espaciamiento y largo montantes.
4.2.- Costanera.
En lo que respecta a las costaneras se usará:
Perfil tipo canal Ca 200x50x15x2(mm), de acero, con calidad A42-27ES, las cuales tienen un largo normal de 6(m).
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4.3.- Espaciamiento.
Los marcos estarán espaciados cada 7,5 (m) a lo largo de los 60 (m) que presenta
el galpón en su totalidad, por lo cual concluimos que el galpón contará con un total de 9 marcos, tanto para el sector de oficina como bodega.
En el techo de la bodega, habrán 8 costaneras, con un espaciamiento de 1,8(m);
mientras que en el techo de la oficina, habrán 6 costaneras, con un espaciamiento de 1,65(m).
5.- CRITERIOS DE DISEÑO.
5.1.- Carga de peso propio.
Para realizar el cálculo de la carga de peso propio es necesario tener claro qué
tipo de cubierta se utilizara tanto para la bodega como para la oficina.
Cubierta oficina: Kover Panel 50[mm]
Cubierta bodega: PV6 de 0,5[mm] Por lo tanto a través de www.instapanel.cl (catalogo_instapanel) se obtienen los pesos que poseen las cubiertas mencionadas anteriormente.
Cubierta oficina: 9[kg/m2]
Cubierta bodega: 5,03[kg/m2] Para obtener la carga lineal es necesario multiplicar el peso por la distancia que existe entre los marcos (7,5[m]).
Cubierta oficina: 9[kg/m2]*7,5[m]=67,5[kg/m]
Cubierta bodega: 5,03[kg/m2]*7,5[m]=37,73[kg/m]
5.2.- Sobrecarga.
El cálculo de la sobrecarga de uso para techumbre según la NCH 1537, (tabla
3 - cargas de uso reducidas uniformemente distribuidas para techos) requiere de la siguiente información:
Las pendientes de ambas techumbres a través de las dimensiones que posee
esta misma.
Pendiente techo oficina: 25% Pendiente techo bodega: 16%
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Las áreas tributarias de ambas techumbres, las cuales se calculan de la siguiente forma largo de la viga por el espaciamiento entre marcos.
Área tributaria oficina: 8,246[m]*7,5[m]=61,84[m2]
Área tributaria bodega: 12,658[m]*7,5[m]=94,94[m2]
Luego las cargas de uso reducidas obtenidas son:
Oficina: 0,3[kpa]=30,61[kg/m2] Bodega: 0,39[kpa]=39,79[kg/m2]
Finalmente las cargas lineales generadas sobre el marco son:
Oficina: 30,61[kg/m2]*7,5[m]=229,575[kg/m] Bodega: 39,79[kg/m2]*7,5[m]=298,425[kg/m]
5.3.- Costanera.
Se utilizará como costanera un perfil Ca200*50*15*2 para ambas techumbres (bodega y oficina). La carga lineal que genera sobre el marco se calculó a en función el siguiente criterio:
Carga de la costanera oficina:
Carga de la costanera bodega:
5.4.- Carga de viento marco plano.
De acuerdo a la norma de viento NCH 432 (tabla 1 – Presión básica para diferentes alturas sobre el suelo), y en función de la altura media a la que se encuentra cada elemento se obtuvieron las siguientes presiones básicas:
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Tabla 1 – Presiones básicas para cada elemento
OBS: los cálculos detallados se encuentran en el Anexo
Imagen 3 – Asignación de vértices.
OBS: para realizar los cálculos de presiones básicas se consideró la altura a la mitad del tramo afectado, ya que, de esta forma se busca no sobredimensionar la estructura.
Finalmente las fuerzas lineales que genera el viento sobre el marco plano, de acuerdo a la NCH 432 son:
Tramo Altura[m] Presión Básica [kg/m^2]
O-A 2 57.66
A-B 5 61.66
B-C 6.5 63.66
C-D y D-E 8 65.66
E-F 3.5 59.66
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Tramo Carga de viento [kg/m]
O-A 345,96
A-B -50,72
B-C 381,96
C-D -103,51
D-E 196
E-F 178,98
Tramo Carga de viento [kg/m]
O-A 172,98
A-B 184,98
B-C 190,98
C-D 196,98
D-E -103,51
E-F 357,96
Imagen 4 - coeficiente de empuje (NCH 432).
Tabla 2 – Carga lineal del viento hacia la derecha.
Tabla 3 – Carga lineal del viento hacia la izquierda.
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5.4.1- Carga de viento estructura 3D (Longitudinal).
Imagen 5 – Asignación de vértices
De acuerdo a la norma de viento NCH 432 (tabla 4 – Presión básica para diferentes alturas sobre el suelo), y en función de la altura media a la que se encuentra cada elemento se obtuvieron las siguientes presiones básicas:
Tabla 4 – Presiones básicas para cada elemento
Cargas lineales de viento longitudinal por compresión en columnas de marco frontal
Tramo AO
Los demás cálculos se encuentran en el anexo, solo se muestra una tabla
resumen de las cargas lineales.
Tramo Altura [m] Presion Basica [kg/m^2]
A-O 2 57.66
B-C 2.5 58.33
D-E y L-M 3.5 59.66
F-G y J-K 4 60.33
H-I 4.5 61
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Tabla 5 – Cargas lineales marco plano frontal.
Cargas lineales de viento longitudinal por succión en columnas de marco
posterior
Tramo AO
Los demás cálculos se encuentran en el anexo, solo se muestra una tabla
resumen de las cargas lineales.
Cargas lineales de viento longitudinal por succión en techumbre y laterales
Tramo AO
Tramo Carga de viento [kg/m]
A-O 46,13
B-C 93,33
D-E 122,31
F-G 150,84
H-I 152,5
J-K 150,84
L-M 74,58
Tramo Carga de viento [kg/m]
A-O 92,26
B-C 186,66
D-E 244,61
F-G 301,68
H-I 305
J-K 301,68
L-M 149,15
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Los demás cálculos se encuentran en el anexo, solo se muestra una tabla resumen de las cargas lineales.
OBS: Cabe destacar, que para los marcos extremos, la carga es la mitad de la
del resto de los marcos, debido a la menor área tributaria que le corresponde, obviando mostrar dicho valor en el informe.
5.5.- Fuerzas puntuales sobre viga reticulada.
Para la viga reticulada las cargas se aplicaron de forma puntual en sus nudos, en función del siguiente cálculo:
Los resultados son los siguientes:
Tramo Carga de viento [kg/m]
O-A 172,98
A-X 104,98
X-E 190,98
E-I 196,98
I-M 196,98
M-L 178,98
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5.6.- Análisis Sísmico.
Para el cálculo sísmico se utiliza la norma NCH 2369, a través de la cual se
obtienen distintos parámetros que servirán para obtener la carga basal a la que es sometida la estructura en el caso de ocurrir un sismo. Es de importancia tener claro que la zona sísmica donde se encuentra dispuesta la estructura es la III y además de ello el suelo es del tipo II.
C = coeficiente sísmico I = coeficiente de importancia P = Peso total del edificio
5.6.1.- Coeficiente Sísmico.
El coeficiente sísmico posee los siguientes parámetros:
Ao = Aceleración efectiva máxima, depende de la zona sísmica (III) lo que entrega un valor de 0.4g
T´,n = parámetros relativos al suelo de fundación (suelo tipo II), T´=0,35[s] y n=1.35. T = periodo fundamental de la estructura, para determinar este valor es necesario utilizar la siguiente fórmula:
h = altura en metros. Ct = 0.0853 Para pórticos de acero resistente a momento Ct = 0.0731 Para pórticos de hormigón armado resistente a momentos y estructuras arriostradas excéntricamente.
Ct = 0.0488 para todas las demás edificaciones.
R = Factor de modificación de la respuesta, se considera que es una nave liviana de satisface las condiciones del punto 11.2.1 de la NCH 2369. Por lo tanto el valor de R es igual a 4. ξ = razón de amortiguamiento, la estructura posee marcos de acero con uniones en terreno apernadas con o sin arriostramiento. Por lo tanto ξ = 0.03
Por lo tanto el valor del coeficiente sísmico al evaluarlo en la formula que se encuentra en el punto 5.3.3 de la NCH 2369 es:
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Pero se debe tener en cuenta que existe un coeficiente sísmico mínimo y máximo los cuales son respetivamente 0,1 y 0.27. Lo que indica que el valor a utilizar será el calculado, es decir 0.248.
5.6.2.- Factor de importancia.
Este factor depende de la categoría del edificio, en este caso pertenece a la categoría 2, por lo tanto:
5.6.3.- Peso sísmico.
De acuerdo al punto 5.1.3 de la NCH 2369 el coeficiente de reducción de la Sobre Carga es cero, puesto que sólo existe Sobre Carga de techo, por lo tanto se tiene:
Luego:
Esta carga basal es dividida por 8 permitiendo poder distribuirlo en puntos
específicos de la estructura. Por lo tanto:
OBS: La distribución de las fuerzas sísmicas se muestran en el Anexo.
Las fuerzas sísmicas dispuestas en la estructura 3D, poseen el mismo valor
(96.2 kg) puesto que antes se había repartido el peso de la estructura solo en el marco plano.
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6.- COMBINACIONES.
Para realizar las combinaciones de carga se utilizo la norma NCH 3171, en
seguida se muestra cada una de las combinaciones que fueron ingresadas al programa RAM:
Son 15 combinaciones de carga, puesto que se considero sismo y viento por el lado izquierdo como también por el lado derecho. No se realizo la segunda combinación ya que es solamente de peso propio al igual que la primera.
Para la estructura 3D se agregaron las cargas de viento longitudinal y sismo
longitudinal por lo cual se añaden nuevas combinaciones de carga las cuales se muestran enseguida.
Finalmente se añaden 6 combinaciones de carga, ya que se considero sismo y
viento longitudinal, lo cual nos lleva a tener 21 combinaciones de carga considerando las
utilizadas para el marco plano.
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7.- MODELACIÓN.
Apoyos: Los apoyos utilizados corresponden a empotramientos, ya que de de
acuerdo a la geometría y dimensiones del galpón, así como también a las características geométricas de los perfiles utilizados, son los que entregan un mejor resultado, puesto que permiten utilizar perfiles más pequeños en comparación a otros tipos de apoyo sin sobrepasar las deformaciones establecidas por la norma.
Imagen 6 – Apoyos empotrados del galpón y oficina.
Rotulas: Estas se utilizaron en la cercha, ya que la principal características de los enrejados es que no traspasan momentos, sino que solamente son capaces de traspasar esfuerzos de compresión y tracción.
Imagen 7 – Rotulas en las diagonales de la oficina
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Imagen 8 – Rotulas en las montantes de la oficina
Columnas: Los elementos verticales poseen un perfil IPE 450 (alma llena y sección recta). Las columnas se pueden apreciar en la imagen 1.
Vigas: Los elementos Horizontales poseen un perfil IPE 400 (alma llena y sección
recta). Las vigas se pueden apreciar en la imagen 1. Cuerdas superior e inferior: Toda la cuerda superior posee un perfil canal
150*50*2, mientras que en la cuerda inferior el primer elemento de izquierda a derecha posee un perfil canal 150*50*4 y los restantes elementos posee un perfil canal 150*50*2.
Diagonales y montantes: Todos estos miembros son perfiles C2L espaciados a
4.6 [cm].
8.- CONTROL DE DEFORMACIONES
Para el control de deformaciones se utiliza la NCH 2369 en donde se especifica que las deformaciones máximas horizontales no pueden superar el valor de 0.015*h las deformaciones máximas verticales de los hombros y cumbrera del galpón (nudo 4, nudo5 y nudo 6) quedan controladas por L/300, en el caso de la cercha (nudo 2) queda controlada por L/700.
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Imagen 9 – Nudos sometidos a estudios de deformaciones
La imagen anterior permite visualizar los nudos que serán sometidos al estudio de deformaciones, la elección de estos es porque el nudo 5 (cumbrera) es el que posee mayor altura y por ende está sujeto a mayores deformaciones así como también ocurre con el nudo 4 y 6 (hombro) que sería el segundo nudo de mayor altura.
También se estudia el nudo 2 para ver el efecto del enrejado sobre la columna. La siguientes tablas muestran que las deformaciones máximas permisibles no son sobrepasadas de acuerdo a la normativa vigente, por lo tanto, este primer criterio de diseño se cumple.
OBS: las deformaciones del eje x e y se obtuvieron de los reportes entregados
por RAM.
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Tabla 6 - verificaciones de deformaciones verticales y horizontales Nudo 4 y 5
eje x [cm] eje y [cm]
4 -0.095 -0.0074 Cumple
5 0.258 -2.296 Cumple
4 -0.328 -0.022 Cumple
5 0.875 -7.802 Cumple
4 -0.270 -0.018 Cumple
5 0.721 -6.426 Cumple
4 0.371 -0.002 Cumple
5 0.351 0.154 Cumple
4 -0.782 0.002 Cumple
5 -0.653 -0.893 Cumple
4 0.05 -0.007 Cumple
5 0.412 -2.341 Cumple
4 -0.238 -0.007 Cumple
5 0.108 -2.259 Cumple
4 0.08 -0.01532 Cumple
5 0.791 -4.588 Cumple
4 -0.785 -0.011 Cumple
5 0.037 -5.374 Cumple
4 0.013 -0.007 Cumple
5 0.374 -2.330 Cumple
4 -0.202 -0.007 Cumple
5 0.146 -2.268 Cumple
4 0.409 0.0001 Cumple
5 0.248 1.072 Cumple
4 -0.744 0.005 Cumple
5 -0.757 0.024 Cumple
4 0.088 -0.004 Cumple
5 0.309 -1.422 Cumple
4 -0.199 -0.004 Cumple
5 0.005 -1.340 Cumple
Estado
Comb 6bd
Comb 6bi
Comb 7d
Comb 7i
Comb 8d
Comb 8i
Comb 5ad
Comb 5ai
Comb 5bd
Comb 5bi
Comb 6ad
Comb 6ai
deformacionescombinacionNudo
Comb 1
Comb 3
Comb 4
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Tabla 7 - verificaciones de deformaciones verticales y horizontales Nudo 2 y 6
eje x [cm] eje y [cm]
2 -0.125 -0.0017 Cumple
6 0.612 -0.0066 Cumple
2 -0.433 -0.0048 Cumple
6 2.079 -0.0203 Cumple
2 -0.356 -0.004 Cumple
6 1.712 -0.0169 Cumple
2 0.279 -0.0003 Cumple
6 0.332 0.0011 Cumple
2 -0.557 -0.0009 Cumple
6 -0.524 -0.008 Cumple
2 -0.016 -0.0014 Cumple
6 0.779 -0.0067 Cumple
2 -0.235 -0.0019 Cumple
6 0.445 -0.0065 Cumple
2 -0.052 -0.003 Cumple
6 1.502 -0.011 Cumple
2 -0.682 -0.003 Cumple
6 0.859 -0.017 Cumple
2 -0.043 -0.001 Cumple
6 0.737 -0.006 Cumple
2 -0.207 -0.002 Cumple
6 0.487 -0.006 Cumple
2 0.329 0.0003 Cumple
6 0.087 0.003 Cumple
2 -0.506 -0.0003 Cumple
6 -0.769 -0.0054 Cumple
2 0.034 -0.0007 Cumple
6 0.534 -0.004 Cumple
2 -0.184 -0.001 Cumple
6 0.2002 -0.003 Cumple
Comb 7d
Comb 7i
Comb 8d
Comb 8i
Comb 5bi
Comb 6ad
Comb 6ai
Comb 6bd
Comb 6bi
Comb 3
Comb 4
Comb 5ad
Comb 5ai
Comb 5bd
Nudo combinaciondeformaciones
Estado
Comb 1
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Las deformaciones longitudinales son mayores en el primer marco ya que el viento es quien provoca esto, a través de la combinación de carga comb 6al (la combinación con viento longitudinal).
Imagen 10 – Marco con mayores deformaciones longitudinales
Tabla 8 - verificaciones de deformaciones Longitudinales Nudos 2, 4, 5, 6, 29 y 30.
OBS: No se colocaron en la tabla otras combinaciones, puesto que la
combinación 6 de viento longitudinal (eje z) es quien provocaba las mayores deformaciones. Entendiendo así que todos los nudos de los marcos que van hacia atrás poseen cumplen con las deformaciones establecidas por la normativa.
2 Cumple
4 Cumple
5 Cumple
6 Cumple
29 Cumple
30 Cumple
eje z
-0.0035
-0.136
-0.411
-0.021Comb 6 al
-0.266
-0.209
combinaciondeformaciones
EstadoNudo
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Las deformaciones que existen entre la columna de viento y la viga de alma llena para la comb 3 (más desfavorable) son las siguientes:
Tabla 9 - verificaciones de deformaciones en el eje x e y en Nudos 29 y 30.
9.- CONTROL DE TENSIONES.
La verificación de los esfuerzos actuantes en relación a la capacidad del elemento se realizó en base al método de diseño ASD. Los resultados fueron positivos, es decir, que las vigas, columnas y los elementos de la viga reticulada (diagonales, montantes, cordón superior e inferior), cumplen holgadamente ante las solicitaciones. Cabe destacar que esta gran diferencia entre capacidad y solicitaciones se debe a que la dimensión de la sección de los perfiles utilizados quedó condicionada por el control de deformaciones exigido por la normativa vigente.
OBS: los esfuerzos solicitantes se obtuvieron de los reportes entregados por
RAM.
Imagen 11 – Verificación de capacidad de vigas y columnas.
Columnas: Miembro 1
- Columna IPE 450 - Material Acero A36 - Combinación más desfavorable (Comb 6ai), combinación con viento por
izquierda.
eje x [cm] eje y [cm]
29 0.272 -0.022 Cumple
30 0.315 -0.018 Cumple
Nudo combinaciondeformaciones
Estado
Comb 3
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Imagen 12 – Flexión Imagen 13 – Axiales Imagen 14 – Corte
Miembro 2
- Columna IPE 450 - Material Acero A36
- Combinación más desfavorable (Comb 3)
Imagen 15 – Flexión Imagen 16 – Axiales Imagen 17 – Corte
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Miembro 5
- Columna IPE 450 - Material Acero A36
- Combinación más desfavorable (Comb 3)
Imagen 18 – Flexión Imagen 19 – Axiales Imagen 20 – Corte Miembro 45
- Viga IPE 400 - Material Acero A36 - Combinación más desfavorable (Comb 3)
Imagen 21 – Flexión
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Imagen 22 – Axiales
Imagen 23 – Corte
Miembro 3
- Viga IPE 400 - Material Acero A36 - Combinación más desfavorable (Comb 3)
Imagen 24 – Flexión
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Imagen 25 – Axiales
Imagen 26 – Corte
Miembro 4
- Viga IPE 400 - Material Acero A36 - Combinación más desfavorable (Comb 3)
Imagen 27 – Flexión
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Imagen 28 – Axiales
Imagen 29 – Corte
Miembro 46
- Viga IPE 400 - Material Acero A36 - Combinación más desfavorable (Comb 3)
Imagen 30 – Flexión
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______________________________________________________________________________________________ 29
Miembro Msol [ton*m] Mn [ton*m] Verificación Psol [kg] Pn [kg] Verificación Efecto PΔ Flexocomp. Verificacion
46 17.95 19.82 Cumple 5829 37107 Cumple No Importante 0.984 Cumple
4 7.24 11.48 Cumple 5406 37107 Cumple No Importante 0.704 Cumple
3 7.62 11.11 Cumple 5374 37107 Cumple No Importante 0.758 Cumple
45 15.44 19.82 Cumple 5797 37107 Cumple No Importante 0.857 Cumple
5 17.95 25.8 Cumple 5978 24638 Cumple Importante 0,857 Cumple
2 15.44 25.8 Cumple 7289 24638 Cumple Importante 0.824 Cumple
1 10.09 25.8 Cumple 2731 72272 Cumple No Importante 0.410 CumpleCo
lum
na
VERIFICACIÓN DE CAPACIDAD
Flexión Compresion Flexocompresion
Vig
a
Bo
de
ga
Imagen 31 – Axiales
Imagen 32 – Corte
Los resultados del control de tensiones se muestran a continuación:
Tabla 10 – Verificación de capacidad.
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 30
Imagen 33 – Verificación de capacidad de columnas de viento y vigas puntales
Miembro 93 (columna de viento frontal)
- Viga IPE 240 - Material Acero A36 - Combinación más desfavorable (Comb 7L), posee viento longitudinal.
Imagen 34 – Flexión Imagen 34 – corte Imagen 36 – axial
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 31
Miembro 94 (columna de viento frontal)
- Viga IPE 330 - Material Acero A36
- Combinación más desfavorable (Comb 5al), posee viento longitudinal.
Imagen 37 – Flexión Imagen 38 – corte Imagen 39 – axial Miembro 95 (columna de viento frontal)
- Viga IPE 330 - Material Acero A36 - Combinación más desfavorable (Comb 5al), posee viento longitudinal.
Imagen 40 – Flexión Imagen 41 – corte Imagen 42 - axial
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 32
Miembro 96 (columna de viento frontal)
- Viga IPE 330
- Material Acero A36 Combinación más desfavorable (Comb 5al), posee viento longitudinal
Imagen 43 – Flexión Imagen 44 – corte Imagen 45 - Axial Miembro 143 (columna de viento posterior)
- Viga IPE 240
- Material Acero A36 Combinación más desfavorable (Comb 7L), posee viento longitudinal
Imagen 46 – Flexión Imagen 47 – corte Imagen 48 – axial
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 33
Miembro 144 (columna de viento posterior)
- Viga IPE 330
- Material Acero A36 Combinación más desfavorable (Comb 5al), posee viento longitudinal
Imagen 49 – Flexión Imagen 50 – Corte Imagen 51 – Axial
Miembro 145 (columna de viento posterior)
- Viga IPE 330 - Material Acero A36
Combinación más desfavorable (Comb 5al), posee viento longitudinal
Imagen 52 – Flexión Imagen 53 – Corte Imagen 54 - Axial
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 34
Miembro 146 (columna de viento posterior)
- Viga IPE 330 - Material Acero A36
Combinación más desfavorable (Comb 5al), posee viento longitudinal
Imagen 55 – Flexión Imagen 56 – Corte Imagen 57 – Axial
Tabla 11 – Verificación de capacidad columna de viento.
Miembro Msol [ton*m] Mn [ton*m] Verificación Psol [kg] Pn [kg] Verificación Efecto PΔ Flexocomp. Verificacion
93 0,48 6,16 Cumple 513 26692 Cumple No Importante 0.758 Cumple
143 0,24 6,16 Cumple 391 32953 Cumple No Importante 0,075 Cumple
94 2,41 8,3 Cumple 556 21567 Cumple No Importante 0,506 Cumple
96 2,41 8,3 Cumple 634 21567 Cumple No Importante 0,509 Cumple
144 1,21 8,3 Cumple 662 21567 Cumple No Importante 0,269 Cumple
146 1,21 8,3 Cumple 643 21567 Cumple No Importante 0,268 Cumple
95 3,09 7,16 Cumple 366 17041 Cumple No Importante 0,739 Cumple
145 1,54 7,15 Cumple 950 17041 Cumple No Importante 0,406 Cumple
Co
lum
nas
de
vie
nto
VERIFICACIÓN DE CAPACIDAD
Flexión Compresion Flexocompresion
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 35
Vigas puntales:
Imagen 58 – localización de miembros en el enrejado.
La viga puntal que se encuentra más solicitada es la de la cumbrera (miembro
439) solamente se verifica este, ya que, cumpliendo este, también cumplirán todos los demás.
El perfil utilizado es un doble cana 200x100x4, y el material es A4227ES.
Tabla 11 – Verificación de capacidad viga puntal.
La verificación del enrejado se logra visualizando que la relación de esfuerzos
del perfil estudiado sea inferior a uno. La relación de esfuerzos es el cociente entre lo que se solicita el elemento y el esfuerzo que es capaz de soportar.
OBS: la relación de esfuerzos se obtuvo de los reportes entregados por RAM.
Imagen 59 – localización de miembros en el enrejado.
Miembro Msol [ton*m] Mn [ton*m] Verificación Psol [kg] Pn [kg] Verificación Efecto PΔ Flexocomp. Verificacion
Viga puntal 0,27 2,77 Cumple 7270 16462 Cumple Importante 0,867 Cumple
VERIFICACIÓN DE CAPACIDAD
Flexión Compresion Flexocompresion
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 36
Miembro Relacion de esfuerzos Estado
26 0,173 cumple
27 0,17 cumple
28 0,252 cumple
29 0,252 cumple
30 0,459 cumple
31 0,459 cumple
32 0,452 cumple
33 0,456 cumple
34 0,611 cumple
35 0,663 cumple
cordon superior
Tabla 12 – verificación relación de esfuerzos cordón superior
Tabla 13 – verificación relación de esfuerzos cordón inferior
Miembro Relacion de esfuerzos Estado
36 0.445 cumple
37 0.672 cumple
38 0.672 cumple
39 0.413 cumple
40 0.413 cumple
41 0.218 cumple
42 0.218 cumple
43 0.245 cumple
44 0.245 cumple
6 0.937 cumple
cordon inferior
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 37
Tabla 14 – verificación relación de esfuerzos Diagonales
Tabla 15 – verificación relación de esfuerzos Montantes
Miembro Relacion de esfuerzos Estado
36 0.445 cumple
37 0.672 cumple
38 0.672 cumple
39 0.413 cumple
40 0.413 cumple
41 0.218 cumple
42 0.218 cumple
43 0.245 cumple
44 0.245 cumple
6 0.937 cumple
Diagonales
Miembro Relacion de esfuerzos Estado
7 0.002 cumple
8 0.001 cumple
9 0.001 cumple
10 0.001 cumple
11 0.001 cumple
12 0.001 cumple
13 0.001 cumple
14 0.002 cumple
15 0.002 cumple
Montantes
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 38
La verificación de los arriostramientos horizontales (de techo) se logra visualizando que el axial dividido por el área del arriostramiento debe ser menor que el fluencia del material por un factor de seguridad.
La sección utilizada para los arriostramientos horizontales es una cable de 20 [mm], con un material A4227ES.
Imagen 60 – arriostramientos Imagen 61 – arriostramientos
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 39
Tabla 16 – verificación arriostramientos horizontales tracción
Miembro Esfuerzo solicitante [kg/cm^2] Estado
537 0.022 Cumple
535 0.010 Cumple
500 0.010 Cumple
502 0.006 Cumple
498 2049.013 Cumple
496 2142.903 Cumple
573 0.032 Cumple
571 0.029 Cumple
564 0.016 Cumple
567 0.016 Cumple
562 363.781 Cumple
565 671.229 Cumple
623 0.038 Cumple
602 0.022 Cumple
605 0.019 Cumple
600 0.019 Cumple
603 0.022 Cumple
622 3.428 Cumple
619 0.038 Cumple
610 0.019 Cumple
613 0.016 Cumple
608 0.019 Cumple
611 7.836 Cumple
590 331.954 Cumple
591 230.426 Cumple
582 201.146 Cumple
585 0.016 Cumple
580 0.013 Cumple
583 0.016 Cumple
547 822.406 Cumple
549 1117.759 Cumple
522 1443.985 Cumple
525 952.896 Cumple
520 0.006 Cumple
523 0.006 Cumple
Arriostramientos horizontales
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 40
Tabla 17 – verificación arriostramientos horizontales por tracción
Miembro Esfuerzo solicitante [kg/cm^2] Estado
538 823.043 Cumple
536 1117.441 Cumple
501 1443.666 Cumple
499 952.896 Cumple
497 0.006 Cumple
495 0.006 Cumple
572 331.954 Cumple
574 230.745 Cumple
568 201.464 Cumple
563 0.016 Cumple
566 0.013 Cumple
561 0.016 Cumple
624 3.390 Cumple
606 0.019 Cumple
601 0.016 Cumple
604 0.019 Cumple
599 8.784 Cumple
620 20.799 Cumple
621 0.038 Cumple
614 0.022 Cumple
609 0.019 Cumple
612 0.019 Cumple
607 0.022 Cumple
592 0.032 Cumple
589 0.029 Cumple
586 0.016 Cumple
581 0.016 Cumple
584 364.099 Cumple
579 672.183 Cumple
548 0.010 Cumple
524 2049.013 Cumple
519 1825.589 Cumple
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 41
La verificación de los arriostramientos verticales (laterales) se logra visualizando que el axial dividido por el área del arriostramiento debe ser menor que el fluencia del material por un factor de seguridad y evaluando la compresión.
La sección utilizada para los arriostramientos verticales es un perfil cuadrado de
135x4 [mm], con un material A4227ES.
Imagen 62 – arriostramientos verticales
Imagen 63 – arriostramientos verticales
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 42
Tabla 18 – verificación arriostramientos Verticales por tracción
Miembro Esfuerzo solicitante [kg/cm^2] Estado
551 32.847 Cumple
643 24.574 Cumple
552 22.238 Cumple
575 24.720 Cumple
644 28.224 Cumple
576 26.083 Cumple
645 9.246 Cumple
629 6.910 Cumple
628 10.316 Cumple
646 2.044 Cumple
627 4.380 Cumple
594 28.321 Cumple
647 23.844 Cumple
593 25.791 Cumple
557 24.477 Cumple
648 30.657 Cumple
558 32.895 Cumple
597 48.662 Cumple
637 25.791 Cumple
528 19.465 Cumple
569 21.411 Cumple
638 26.764 Cumple
570 18.978 Cumple
617 5.012 Cumple
639 7.786 Cumple
618 4.866 Cumple
615 7.786 Cumple
640 2.433 Cumple
616 5.353 Cumple
587 29.197 Cumple
641 21.898 Cumple
588 29.246 Cumple
533 25.791 Cumple
642 49.148 Cumple
534 55.961 Cumple
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 43
Tabla 19 – verificación arriostramientos Verticales por tracción
La verificación de los arriostramientos verticales (laterales) a compresión
solamente se realizo a un perfil puesto que era el que poseía una mayor carga axial y además de ello un mayor lb (Longitud no arriostrada).
Tabla 20 – verificación arriostramientos Verticales por compresión
Como el arriostramiento que posee la carga más desfavorable comb 3 cumple
con la verificación a compresión, todos los demás arriostramientos que poseen una menor carga axial Cumplen con la verificación por compresión.
Miembro Esfuerzo solicitante [kg/cm^2] Estado
487 72.993 Cumple
488 55.961 Cumple
631 53.528 Cumple
519 54.501 Cumple
632 55.961 Cumple
560 53.528 Cumple
595 12.165 Cumple
633 13.625 Cumple
596 11.679 Cumple
598 13.625 Cumple
597 8.273 Cumple
634 10.219 Cumple
577 55.961 Cumple
578 51.095 Cumple
635 53.528 Cumple
491 53.528 Cumple
492 68.127 Cumple
636 69.100 Cumple
Miembro Msol [ton*m] Mn [ton*m] verificacion
491 1080 24871.88 cumple
Verificacion capacidad
Compresion
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 44
10.- PESO ESTRUCTURA.
Con la finalidad de no obtener una estructura muy pesada se verificó que el
peso por m^2 no sobrepase los 15 [kg/m^2]. En esta estructura tenemos:
11.- UNIONES
11.1.- Unión en el hombro.
Cálculo de placa para unión superior e inferior en hombro
En función del momento solicitado en la unión, se determinó las fuerzas que se
genera en el punto superior e inferior se la viga de alma. Con dichas fuerzas e procedió a calcular el espesor de la placa de unión y los pernos correspondientes. Determinación del diámetro del perno a usar:
Determinación del espesor de la placa de unión:
Verificación de la placa de unión
Verificación de la placa diseñada, con respecto al aplastamiento generado por
los pernos en la placa y el bloque de corte. Los resultados se muestran a continuación:
Cantidad de pernos a usar (unidades) 6
Momento en unión (kg*cm) 1914000
Altura Viga de alma llena (cm) 40
Tensión solicitante (kg) 47850
Carga de corte por perno (kg) 7975
Diámetro a usar (cm) 2,54
HILO INCLUIDO
CÁLCULO PERNOS - TENSIÓN DEBIDO A MOMETO
Tensión solicitante (kg) 47850
Ancho de la placa (cm) 19
Espesor requerido por fluencia en área bruta (cm) 1,55769
Espesor requerido por rotura en área neta (cm) 1,90572
Espesor a usar (mínimo 5 mm.) (cm) 1,9
CÁLCULO ESPESOR PLACA - TENSIÓN DEBIDO A MOMENTO
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 45
Calculo del espesor de soldadura:
La soldadura de la placa superior se realiza en el alma de la columna, mientras
que la inferior se suelda al ala de la columna. El espesor requerido se muestra a continuación:
Cálculo de placa de unión en alma de la viga en el hombro
De acuerdo al esfuerzo de corte solicitado en la unión se determino el espesor de la placa de unión y los pernos correspondientes. Determinación del diámetro del perno a usar:
Tensión por aplastamiento (kg/cm^2) 1647,5
Tensión límite 1 (kg/cm^2) 6300,0
Tensión límite 2 (kg/cm^2) 4133,9
NO
VERIFICACIÓN APLASTAMIETO EN PLACA - T. POR MOMENTO
Existe aplatamiento
Separación entre pernos en sentido paralelo a la tensión (cm) 5
Separación entre pernos en sentido perpendicular a la tensión (cm) 6
Distancia entre último perno y borde más cercado (cm) 5
Pb Rotura en Tracción y Fluencia por Corte (cm) 50305,2
Pb Rotura en Corte y Fluencia por Tracción (cm) 58885,2
Pb>Tension solicitante = CUMPLE
VERIFICACION BLOQUE DE CORTE PLACA - TENSIÓN POR MOMENTO
Tensión requerida por soldadura (kg) 23925
Longitud de la soldadura (cm) 42,08
Resistencia requerida en el filete (kg/cm) 568,56
Espesor de filete requerido (mm) 8
SOLDADURA EN PLACA SUPERIOR - T. POR MOMENTO
Cantidad de pernos a usar (unidades) 2
Corte en unión (kg) 4809,19
Carga de corte por perno (kg) 2404,60
Diámetro a usar (cm) 1,6
HILO INCLUIDO
CÁLCULO PERNOS - TENSIÓN DEBIDO A CORTE
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 46
Determinación del espesor de la placa de unión:
Verificación de la placa de unión
Verificación de la placa diseñada, con respecto al aplastamiento generado por
los pernos en la placa y el bloque de corte. Los resultados se muestran a continuación:
Calculo del espesor de soldadura
La soldadura de la placa superior se realiza en el ala de la columna. El espesor
requerido se muestra a continuación:
Tensión solicitante (kg) 4809,19
Ancho de la placa (cm) 20
Espesor requerido por fluencia en área bruta (cm) 0,148729
Espesor requerido por rotura en área neta (cm) 0,157411
Espesor requerido por capacidad al corte de la placa (cm) 0,222648
Espesor a usar (mínimo 5 mm.) (cm) 0,5
CÁLCULO ESPESOR PLACA - TENSIÓN DEBIDO A CORTE
Tensión por aplastamiento (kg/cm^2) 3005,7
Tensión límite 1 (kg/cm^2) 6300,0
Tensión límite 2 (kg/cm^2) 13125,0
NOExiste aplatamiento
VERIFICACIÓN APLASTAMIETO EN PLACA - T. POR CORTE
Separación entre pernos en sentido paralelo a la tensión (cm) 10
Distancia entre perno y borde - perpendicular a la tensión (cm) 10
Distancia entre perno y borde - paralelo a la tensión (cm) 10
Pb Rotura en Tracción y Fluencia por Corte (cm) 20114,6
Pb Rotura en Corte y Fluencia por Tracción (cm) 17426,6
Pb>Tension solicitante = CUMPLE
VERIFICACION BLOQUE DE CORTE PLACA - TENSIÓN POR CORTE
Tensión requerida (kg) 4809,19
Longitud de la soldadura (cm) 30
Resistencia requerida en el filete (kg/cm) 160,306
Espesor de filete requerido (mm) 5
SOLDADURA EN PLACA T. POR CORTE
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 47
Las dimensiones de las placas diseñadas y la ubicación de estas en la unión del
hombro se muestran a continuación:
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 48
11.2.- Unión Viga reticulada - Columna.
Cálculo de la placa de unión para el cordón superior
En relación a la tensión solicitada en la unión perteneciente al cordón superior
de la viga reticulada se diseñó la placa de unión y los pernos correspondientes. Determinación del diámetro del perno a usar:
Determinación del espesor de la placa de unión:
Verificación de la placa de unión
Verificación de la placa diseñada se realizó con respecto al aplastamiento generado por los pernos en la placa y el bloque de corte. Los resultados se muestran a continuación:
Cantidad de pernos a usar (unidades) 2
Tracción en unión (kg) 3983
Carga de corte por perno (kg) 1992
Diámetro a usar (cm) 1,60
HILO INCLUIDO
CÁLCULO PERNOS POR TRACCION EN CORDÓN SUPERIOR
Tensión solicitante (kg) 3983
Ancho de la placa (cm) 15
Espesor requerido por fluencia en área bruta (cm) 0,16424
Espesor requerido por rotura en área neta (cm) 0,18875
Espesor a usar (cm) 0,5
CÁLCULO ESPESOR PLACA CORDÓN SUPERIOR
Tensión por aplastamiento (kg/cm^2) 2489,4
Tensión límite 1 (kg/cm^2) 6300,0
Tensión límite 2 (kg/cm^2) 6562,5
NO
VERIFICACIÓN APLASTAMIETO EN PLACA C. SUPERIOR
Existe aplatamiento
Separación entre pernos en sentido paralelo a la tensión (cm) 0
Separación entre pernos en sentido perpendicular a la tensión (cm) 5
Distancia entre último perno y borde más cercado (cm) 5
Pb Rotura en Tracción y Fluencia por Corte (cm) 8328,6
Pb Rotura en Corte y Fluencia por Tracción (cm) 7286,6
VERIFICACION BLOQUE DE CORTE PLACA CORDÓN SUPERIOR
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 49
Calculo del espesor de soldadura
La soldadura de la placa superior se realiza en el ala de la columna. El espesor requerido se muestra a continuación:
Cálculo de la placa de unión para el cordón inferior
Con respecto a la tensión solicitada en la unión perteneciente al cordón superior de la viga reticulada se diseñó la placa de unión y los pernos correspondientes. Determinación del diámetro del perno a usar:
Determinación del espesor de la placa de unión:
Verificación de la placa de unión
Verificación de la placa diseñada se realizó con respecto al aplastamiento generado por los pernos en la placa y el bloque de corte. Los resultados se muestran a continuación:
Tensión requerida (kg) 3983
Longitud de la soldadura (cm) 15
Resistencia requerida en el filete (kg/cm) 265,533
Espesor de filete requerido (mm) 5
SOLDADURA EN PLACA CORDÓN SUPERIOR
Cantidad de pernos a usar (unidades) 2
Tracción en unión (kg) 5198
Carga de corte por perno (kg) 2599
Diámetro a usar (cm) 1,60
HILO INCLUIDO
CÁLCULO PERNOS POR TRACCION EN CORDÓN INFERIOR
Tensión solicitante (kg) 5198
Ancho de la placa (cm) 15
Espesor requerido por fluencia en área bruta (cm) 0,21434
Espesor requerido por rotura en área neta (cm) 0,24633
Espesor a usar (cm) 0,5
CÁLCULO ESPESOR PLACA CORDÓN INFERIOR
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 50
Calculo del espesor de soldadura
La soldadura de la placa superior se realiza en el ala de la columna. El espesor requerido se muestra a continuación:
Las dimensiones de las placas diseñadas y la ubicación de estas en la unión del
hombro se muestran a continuación:
Tensión por aplastamiento (kg/cm^2) 3248,8
Tensión límite 1 (kg/cm^2) 6300,0
Tensión límite 2 (kg/cm^2) 6562,5
NOExiste aplatamiento
VERIFICACIÓN APLASTAMIETO EN PLACA C. INFERIOR
Separación entre pernos en sentido paralelo a la tensión (cm) 0
Separación entre pernos en sentido perpendicular a la tensión (cm) 5
Distancia entre último perno y borde más cercado (cm) 5
Pb Rotura en Tracción y Fluencia por Corte (cm) 8328,6
Pb Rotura en Corte y Fluencia por Tracción (cm) 7286,6
VERIFICACION BLOQUE DE CORTE PLACA CORDÓN INFERIOR
Tensión requerida (kg) 5198
Longitud de la soldadura (cm) 15
Resistencia requerida en el filete (kg/cm) 346,533
Espesor de filete requerido (mm) 5
SOLDADURA EN PLACACORDÓN INFERIOR
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 51
12.- CONCLUSIONES.
Al realizar la modelación a través del programa Ram se a logrado verificar para
los perfiles seleccionados que se cumple con las deformaciones máximas especificadas por la normativa vigente, así también se verificó que cada uno de los perfiles tuviera una carga solicitante menor a la que es capaz de resistir de manera de no sufrir un colapso local o global de la estructura.
Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ 52
13.- BIBLIOGRAFIA.
Instituto nacional de normalización (Chile). Diseño estructural: Cargas
permanentes y cargas de uso. Nch 1537. Santiago, Chile. 2009. 38p.
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