aplicación de sap2000

Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua
UNAN-Managua
Recinto Universitario “Rubén Darío”
Facultad de Ciencias e Ingenierías
Departamento de Construcción
Carrera de Arquitectura “III año”
Estructuras IV
Tema:
Cálculo de acero para vigas y columnas de pórtico de
Edificio de 5 plantas
Docente: Ing. Raúl Madrigal
Elaborado por: Jean Carlos Sánchez Fajardo
Fecha de entrega: 29/octubre/2013

CALCULO DE ACERO PARA VIGAS Y COLUMNAS DE UN
PORTICO DE 6 NIVELES
DATOS:
1. MATERIALES:
Concreto f’c = 210 Kg/cm2
Acero: fy = 4200 Kg/cm2
2. SECCIONES:
2.1. COLUMNAS
C1 0.80X0.60 C2 0.45X0.60

2.2. VIGAS
3. Cargas
Las cargas que se presentan a continuación, tanto la carga viva como la carga muerta, se
obtuvieron de haber realizado el metrado de cargas para el pórtico dado. No se incluye el
peso propio de la viga.
El Programa SAP2000 para facilitar el metrado de cargas tiene definido por defecto el PATRON
DE CARGAS: DEAD (Muerta) que calcula de manera automática el PESO PROPIO de los
elementos estructurales a los que se les ha asignado una sección previamente definida.
Por lo tanto para el modelamiento del pórtico se asignara CARGA VIVA Y CARGA MUERTA, en
esta última no se considera el peso propio de la viga.
3.1. PRIMER PISO
Carga Muerta: 22 Ton/m
Carga Viva: 25.73 Ton/m
3.2. SEGUNDO PISO
3.3. TERCER PISO
3.4. TERCER PISO
3.5. TERCER PISO
CALCULO DE ACERO PARA VIGAS Y COLUMNAS DE UN
PORTICO DE 5 NIVELES
A continuación se muestran los pasos a seguir para modelar el pórtico de 5 niveles en el programa
SAP2000 V14, analizarlo y diseñar el acero de las vigas en todos los niveles. El procedimiento que
se describe a continuación es similar tanto para SAP2000 Versión 12 como para el SAP2000
Versión 14.
V1 0.40 X 0.55

1. PASO 1: ABRIR EL PROGRAMA SAP2000
Ejecutamos el programa SAP2000 Versión 14, desde el acceso directo que se encuentra en el
escritorio.
2. PASO 2: DEFINIR UNIDADES
Seleccione las unidades en las que desea trabajar. Esta opción se encuentra en la parte inferior
derecha de la pantalla principal de SAP2000 V14, como se muestra a continuación.
Para la Versión 14 Escogemos: Tonf, m, C, sin embargo en la Versión 12 se muestra la opción
Ton, m, C. En ambos casos en el primer término las unidades son las mismas, sólo cambiaron la
forma de cómo lo escriben. Si es Tonf es tonelada fuerza para evitar confusiones con las unidades
de masa que sólo sería Ton. No es necesario hacer ninguna conversión de los modelos antiguos a las
nuevas versiones.
. PASO 3: SELECCIÓN DEL MODELO
Del menú principal (parte superior), abriendo la opción de File > seleccione New Model.
Esta acción lo llevará a la ventana de New Model que se muestra a continuación.

- Esto lo conducirá a la siguiente ventana o pantalla.
- Se deben llenar las casillas de acuerdo con las caracteristicas de nuestra estructura en 3D.
o Number of Stories (Número de Pisos): 3
o Number of Bays (Número de tramos): 3
o Story Height (Altura de Piso): 2.80
o Bays Width: 4.25
- Se deben llenar las casillas de acuerdo con las caracteristicas de nuestra estructura en 2D.
- Las opciones que se presentan en Section Properties nos permiten definir las secciones de
los elementos estructurales que utilizaremos más adelante. Debido a que existen opciones
en el Menú de herramientas (Define/ Section Properties/ Frame Sections) que son
exclusivamente para la definición de secciones, es que se ignora por ahora esa parte.
NOTA: Asegúrese que la opción de Restraints está seleccionada. De otra manera, la estructura
tendrá las juntas libres (sin apoyos).
Seleccione la plantilla 2D Frames, que es
la que se muestra a continuación

- Chequee la opción Use Custom Grid Spacing and Locate Origin para editar la cuadrícula
y localizar el origen de coordenadas y haga clic en el botón Edit Grid, lo que lo llevará a la
siguiente ventana:
- Si se ingresaron los datos en forma alternada sin seguir un orden creciente o decreciente,
solo hacer clic en Reorder Ordinates y todas los valores se ordenan.
- La opcion Bubble Size es el tamaño de las burbujas que representan los Ejes.
- Presione Ok dos veces. Esto lo conducirá a la pantalla principal de SAP2000, la cual tiene
por omisión dos ventanas principales: una en tres dimensiones y la otra en el plano XZ.

4. PASO 4: DEFINICION DE LAS CONDICIONES DE LOS APOYOS PARA EL MODELO
- Para cambiar las condiciones de borde, seleccione primero las juntas a cambiar (o sea todas las de
la base) para cambiar su condición.
Luego de seleccionar las juntas seleccione en el menú
principal Assign y la opción de
Joints y la sub-opción de Restraints o presione el
icono del toolbar que seencuentra en la parte superior
de la pantalla principal. Ambas acciones lo conducirán
a la pantalla que se muestra a la derecha.
En este caso utilizaremos:
Apoyo o soporte fijo (fixed) que restringe
desplazamientos y rotaciones todas las direcciones.

5. PASO 5: DEFINICION DE PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
- Verifique que las unidades con las que se especifican los materales sean las
adecuadas. Para definir las propiedades de los materiales, seleccione Define
del menú principal, de la lista que se presenta escoja la opción de Materials
como se muestra en la figura a continuación:
- Esto lo conducirá a la pantalla que se muestra a continuación:
DEFINIENDO EL MATERIAL: Concreto210
- Seleccione el botón de Add New Material Quick para adicionar un nuevo material de
los disponibles según las especificaciones, el cual lo conducirá a la pantalla de Quick
Material Property Definition que se muestra:

Seleccione Concrete en
Material Type y f’c 3000psi (210 Kg/cm2 aprox.) en
Specification y presione el botón Ok.
Luego de la ventana Define Materials seleccione el
material 3000psi y haga clic en el botón
Modify/Show Material lo que lo llevará a la
siguiente ventana:
Ingrese un nombre para identificar el material (por
ejemplo: Concreto210) en la caja de texto de
Material Name.
Cambie los valores a los especificados en la
descripción del problema.
- Seleccione OK dos veces.
DEFINIENDO EL MATERIAL: Acero 4200
Seleccione el botón de Add New Material Quick para adicionar un nuevo material de
los disponibles según las Especificaciones, el cual lo conducirá a la pantalla de Quick
Material Property Definition que se muestra:
Seleccione Rebar en Material Type y
ASTM A615 Grade 60 (fy =4200 Kg/cm2 aprox.) en
Specification y presione el botón Ok. Luego de la
ventana Define Materials seleccione el material A615
Grade 60 y haga clic en el botón Modify/Show
Material lo que lo llevará a la siguiente ventana:
Ingrese un nombre para identificar el material (por
ejemplo: Acero4200) en la caja de texto de Material
Name.
Cambie los valores a los especificados en la
descripción del problema. Seleccione OK dos veces.

6. PASO 6: DEFINICIÓN DE LAS SECCIONES DE LOS ELEMENTOS VIGAS Y COLUMNAS
- Para definir las secciones de los elementos, seleccione Define en el menú principal y luego
la opción Section Properties/ Frame Sections.
-
Para el caso del modelo se tiene secciones rectangulares de concreto, para ello dar clic en el botón
Add New Property que lo llevará a la ventana Add Frame Section Property. Del cuadro de
diálogo Frame Section Property Type seleccione la opción Concrete y luego la sección
Rectangular.
Columna 0.60 x 0.45

Digite Columna 60 x45 en la caja de texto Section Name.
Escoger Concreto210 en la caja de edición Material. Digitar las
dimensiones de la viga en las cajas de texto correspondientes.
Hacer clic en el botón Concrete Reinforcement y seleccione
Acero4200 de la lista Longitudinal Bars y Acero4200 de la lista
Cofinement Bars del cuadro Rebar Materials. Escoger del
recuadro Design Type. Por defecto el programa le da un
recubrimiento (cover) al centro de la para arriba (top) y abajo
(botton). Digitar 0.06 en las cajas de edición Top y Botton
como se muestra:
 Hacer clic en el botón Ok para aceptar los datos
establecidos y regresar al formulario. Rectangular Section.
Hacer clic en la caja de selección Display Color para escoger un
color para las vigas en este caso escogeremos un color amarillo
y luego hacer clic en Ok para regresar al formulario Frame
Properties.
 Repetir el procedimiento anterior para crear la sección
Viga 40x55 y Columna80x65.
 Luego hacer clic en Ok para regresar al formulario Frame Properties. El formulario
Frame Properties deberá quedar como el siguiente:
 Hacer clic en el botón Ok del formulario Frame Properties para aceptar los cambios.
7. PASO 7: ASIGNAR SECCIONES DE LOS ELEMENTOS AL MODELO
 Luego de definir las secciones y los materiales, el siguiente paso es asignar dichas
propiedades a los elementos.
 Seleccione los elementos del modelo correspondientes a las columnas mediante un clic
encima de dichos elementos dibujando un cuadro que cubra dichos elementos, moviendo el
mouse y manteniendo apretado el botón izquierdo. Del menú de Assign seleccione
Frame/Frame Sections, lo que lo lleva a la siguiente ventana:

 Seleccione del recuadro Properties el nombre de la sección previamente definido (para
nuestro caso
 Columna 45x60. Al presionar OK, el nombre de la sección va a aparecer sobre el elemento
de la estructura.
 Repita el mismo procedimiento para asignar las secciones de las vigas y el pórtico se
mostrará como el siguiente:
 Borramos las columnas del eje D que no son parte del modelamiento, quedando de esta
manera un volado.
 Para lograr una mejor visualización de las secciones asignadas nos colocamos en la ventana
3D y se procede a hacer clic en el icono , aparecerá la siguiente ventana y se
seleccionan las casillas Extrude View y Sections

 El pórtico se mostrara como se muestra en la figura siguiente:
8. PASO 8: DEFINIR SISTEMAS DE CARGAS
 Antes de aplicarle las cargas al modelo es necesario definir los sistemas de cargas (por
ejemplo Muerta, Viva, Viento, Sismo, etc). En este paso NO se aplican las cargas,
solamente se definen cuáles de ellas van a ser utilizados.
 En este problema se va a aplicar la carga VIVA y MUERTA, esta última como lo
aclaramos al inicio no incluirá el peso propio de la viga, El SAP2000 calcula
automáticamente el peso propio de los elementos estructurales con el PATRON
DECARGAS: DEAD (Muerta).

 Para definir el sistema de cargas, seleccione Define del menú principal y luego la opción
Load Patterns.
Esto lo llevará a la siguiente ventana, donde inicialmente el programa tiene por omisiónel patrón de
carga DEAD (MUERTA). Proceda a definir los demás estados de carga.
DEAD, carga muerta
LIVE, carga viva
LIVE1, caga viva alternancia 01
LIVE2, carga viva alternancia 02
9. PASO 9: ASIGNAR LAS CARGAS A LA ESTRUCTURA
 Se debe tener en cuenta que para la azotea tanto la carga muerta (DEAD) como la carga
viva (LIVE) tienen valores diferentes con respecto a los otros niveles.
ASIGNACIÓN DE CARGA MUERTA - DEAD
 Para asignar la carga muerta uniformemente distribuida, seleccione primero las vigas del
primer piso, luego del menú Assign, escoja la opción Frame Loads/Distributed o también
puede presionar el icono ubicado en el toolbar superior. Esto lo lleva a la siguiente
pantalla:

PARA 1° PISO
 Uniform Load: Carga uniforme que es la que utilizaremos en este ejemplo: 2.88 Ton/m
(Ojo: Se debe tener en cuenta que las unidades deben estar en Tonf, m, C)
 Picamos en OK y el pórtico quedara cargado tal como se muestra.

ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA
 Para asignar la carga viva uniformemente distribuida, seleccione primero el elemento a ser
cargado (Las vigas del primer piso, 2do, 3ro, 4t0 y por último 5to piso)

10. PASO 10: DEFINIR BRAZOS RÍGIDOS PARA LAS VIGAS Y COLUMNAS
 Seleccionar las vigas y columnas del modelo.
 Luego luego Asign/Frame/End (Length) Offset
 Seleccionar la opción Automatic from Connectivity y en Rigid
zone factor digitar 0.5 y
Ok.

 Luego el Pórtico se mostrara con los brazos rígidos en cada nudo.
 Los Brazos rígidos se colocan para que el programa SAP2000 al momento de realizar el
análisis muestre los momentos negativos de las vigas y de columna a una distancia
establecida medida desde el nudo.
11. PASO 11: DEFINICIÓN DE LAS COMBINACIONES DE CARGA
COMB1 : 1.4DEAD+1.7LIVE Linear ADD
COMB2 : 1.4DEAD+1.7LIVE1 Linear ADD
 Después de realizar todas las combinaciones indicadas, se realiza una última que es la
superposición de todas las combinaciones escogiendo la envolvente como resultado:
ENVOLVENTE
Define/Load Combinations/Add New Combo

12. PASO 12: ANALIZAR LA ESTRUCTURA:
Antes de ejecutar el programa, Elegimos en base a que sistema se llevara a cabo el análisis, para
nuestro ejemplo es PLANO XZ. Por lo tanto, Analyze/ Set Analysis Options, escogemos PLANO
XZ y OK.
El procedimiento seguido hasta el Paso anterior desarrolla lo que es la entrada de datos al programa
o Pre-Procesamiento. Lo que procede ahora es resolver el problema o sea continuar con la etapa de
solución, para lo que del menú Analize, seleccionar la opción Run Analysis. Nos aparecerá la
siguiente ventana del cual solo haremos una modificacion seleccionar MODAL y clic en Run/Do
Not Run Case. Esta opción se mantendrá activa siempre y cuando se esté realizando un análisis
dinámico con sismo y luego la opción Run Now.
Después que el programa realizó el análisis nos muestra en la ventana 3D una simulación de la
deformación conjunta de todo el pórtico debido a la aplicación de cargas.

13. PASO 13: LECTURA E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS:
13.1 REACCIONES EN LOS APOYOS:
Las reacciones en cada apoyo del portico serán 3 (2
fuerzas y 1 momento), para que el SAP lo muestre nos
vamos a Display/ Show Forces/ Stresses/ Joints
Aparcera el cuadro de dialogo Joint Reaction Forces,
donde Case/ Combo Name: Escogeremos el tipo de
combinación para el que queremos calcular las reacciones.
Para el cálculo de los ACEROS DE DISEÑO se deben
utilizar los esfuerzos que nos da la ENVOLVENTE.
Show results as Arrows: Mostrar los resultados como
flechas, por defecto ya viene activado.
OK, y apareceran las reacciones (FUERZAS) en los
apoyos como se muestra en la imagen siguiente:

El SAP2000 solo muestra la fuerza de los ejes X y Z (1 Y 3), mas no muestra los momentos; Para
ver los momentos tenemos que picar en el punto y hacer anticlic, de esa manera nos mostrará un
cuadro especificando si es un momento o fuerza y en que eje esta aplicándose.
13.2 DIAGRAMA DE ESFUERZOS
Para ver los esfuerzos de columnas y vigas nos
vamos a Display/ Show Forces/ Stresses/ Frames/
Cables
Aparecera el cuadro de dialogo Member Force
Diagram for Frames, en Case/ Combo Name se
escoge el tipo de combinacion del que se quiere
visualizar los esfuerzos axiales, ENVOLVENTE.
En Component se dan las siguientes opciones:
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
13.3 DIAGRAMA DE ESFUERZO AXIAL
Fill Diagram

13.4 DIAGRAMA DE CORTANTE (SHEAR 2-2)
13.5 DIAGRAMA DE MOMENTOS (MOMENT 3-3)

13.6 DESPLAZAMIENTOS Y ROTACIONES
 Para visualizar el valor de los desplazamientos y rotaciones de todos los nudos existen 3
maneras, vamos al Menú Display/ Show Deformed Shape, tambien presionando F6 o
haciendo clic en el siguiente icono .
 Luego, OK y observamos la estructura deformada, cuando ubicamos el cursor sobre uno de
los nudos aparece una lista de datos que son Traslaciones (U) y Rotaciones (R) en los tres
ejes Globales.

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