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VI. ANALISIS Y DISEÑO DE COMPONENTES DE TECHO METALICO6.1 DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA                                ...
6.1.2 ESTRUCTURACION:     ARCOS METALICOS: El tipo de miembros estructurales empleados son varillas de acero liso y corrug...
ELEVACION Y PLANTA INFERIOR6.2.1 PRE-DIMENCIONAMIENTO :                Se asume en todos los elementos:             A=    ...
(θ=6.58º) →       PWx =       -2.94   kg       (en baja pendiente)                                                        ...
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Del "Diagrama-Envolvente de fuerza axial" (pag. sgte.) se tienen los siguientesestados de fuerza en los miembros mas criti...
6.2.6 DISEÑO DE ELEMENTOS DE ACERO:              ProgramName         Versión             ProgLevel                        ...
CUERDA                        CUERDAINFERIOR                      SUPERIOR                                  ARRIOSTRE     ...
ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99:DISEÑO DE ELEMENTOS A COMPRESIONESPECIFICACIONES                        φ Fcr      = 25 . ...
DISEÑO DE BRIDA INFERIOR.-             Barra mas critica:   732          → Seccion de diseño: varilla # 6 ( Ø 3/4" )      ...
DISEÑO DE CUERDA SUPERIOR.-            Barra mas critica:   937          → Seccion de diseño: varilla # 4 ( Ø 1/2" )      ...
DISEÑO DE CUERDA INFERIOR.-           Barra mas critica:       926         → Seccion de diseño: varilla # 5 ( Ø 5/8" )    ...
DISEÑO DE ELEMENTOS A TRACCION:                     ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99:            Pu           ……(1)        ...
DISEÑO DE COLGADORES.-                Barra mas critica:   N° 10         → Seccion de diseño: varilla # 2 ( Ø 1/4" )      ...
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  1. 1. VI. ANALISIS Y DISEÑO DE COMPONENTES DE TECHO METALICO6.1 DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA CONFIGURACION - GENERAL TECHO METALICO6.1.1 ESPECIFICACIONES – MATERIALES EMPLEADOS: ACERO : Arcos metalicos: Fy = 36 KSI λc = 7.85 Tn/m3, Ec = 2,000,000 Kg/cm2 Fu = 58 KSI u= 0.30 corrugado: Fy = 4200 Kg/cm2, λc = 7.85 Tn/m3, Ec = 2,100,000 Kg/cm2 SOLDADURA: Electrodos: Fexx = 60 KSI (E70 XX - AWS, para acero liso) (en varillas) Fexx = 70 KSI (E70 XX - AWS, para acero corrug.) COBERTURA: Pu = 8.50 kg/m2 (Calaminon curvo CU-6; catalogo fabricante) . Parte II - 1/16
  2. 2. 6.1.2 ESTRUCTURACION: ARCOS METALICOS: El tipo de miembros estructurales empleados son varillas de acero liso y corrugado, con las siguientes caracteristicas: Nro Diametro (Ø) Peso Area Perimetro Barra pulg. cm. kg/m cm2 cm #2 1/4" 0.64 0.2483 0.32 1.99 #3 3/8" 0.95 0.5586 0.71 2.99 #4 1/2" 1.27 0.9931 1.27 3.99 #5 5/8" 1.59 1.5518 1.98 4.99 #6 3/4" 1.91 2.2346 2.85 5.98 #7 7/8" 2.22 3.0415 3.88 6.98 #8 1" 2.54 3.9726 5.07 7.98 #9 1 1/8" 2.86 5.0278 6.41 8.98 # 10 1 1/4" 3.18 6.2072 7.92 9.97 # 11 1 3/8" 3.49 7.5107 9.58 10.97 # 12 1 1/2" 3.81 8.9383 11.40 11.97 # 13 1 5/8" 4.13 10.49 13.38 12.97 # 14 1 3/4" 4.45 12.166 15.52 13.96 # 15 1 7/8" 4.76 13.966 17.81 14.96 # 16 2" 5.08 15.89 20.27 15.96 # 17 2 1/8" 5.40 17.939 22.88 16.96 # 18 2 1/4" 5.72 20.111 25.65 17.95 COLUMNAS METALICAS: Los miembros estructurales empleados son perfiles tipo cajon rectangular hueco. En el calculo se interactua probando diversas secciones del grupo definido en el cuadro "Auto Selection Sections " mostrado abajo. En el cuadro "Box/Tube Section " se muestra las propiedades de una de las secciones de dicho grupo6.2 DISEÑO DE ARCO METALICO "AM - 01" " V/2 " " V/2 " VISTA GENERAL ARCO METALICO "AM-01" . Parte II - 2/16
  3. 3. ELEVACION Y PLANTA INFERIOR6.2.1 PRE-DIMENCIONAMIENTO : Se asume en todos los elementos: A= 10.00 cm26.2.2 ESTADOS DE CARGAS: Identificando los tipos de cargas intervinientes en cada direccion de la Estructura: CARGAS GRAVITACIONALES: CARGA MUERTA (D): Cobertura (catalogo fabricante): D1 = 8.50 kg/m2 Estructura metalica (estimado a verificar): D2 = 20.00 kg/m2 WD = 28.50 kg/m2 CARGA VIVA DE TECHO (Lr): NTE E.020 - TABLA 1: WLr = 30.00 kg/m2 CARGAS LATERALES (SENTIDO LONGITUDINAL): CARGAS DE VIENTO (W): NTE E.020 - Art. 12 →: V h = V(H/10) 0.22 > V ("V" de Mapa Eolico - zona Pucallpa) Viento en Arcos metalicos: V = 75.00 km/h H ≈ 7.924 m (alt. prom. desde terreno) VH = 75.00 km/h θ = 6.584 ° (pendiente promedio de la superficie - zona de baja pendiente) θ = 19.752 ° (pendiente promedio de la superficie - zona de alta pendiente) Presiones: NTE E.020 - TABLA 4 → Ph = 0.005(C)(V h 2 ) CONSTRUCCION barlovento sotavento donde: Arcos y cubiertas cilindricas con +0.8 Ph = Presión o succión del viento a una altura “h” perpendicular a -0.5 pendiente (θ) < 45º -0.8 la superficie, para "h"> 10m (kg/m2) Superficies verticales de edificios +0.8 -0.6 C = factor de forma adimensional (de tabla izquierda) Superficies verticales o inclinadas (planas -0.7 -0.7 o curvas) paralelas al viento (El signo positivo indica presión y el negativo succión) BARLOVENTO: Considerando presion: C= 0.8 ρh = 22.50 kg/m2 (en arcos) Considerando succion: C= -0.8 ρh = -22.50 kg/m2 (en arcos) SOTAVENTO Se tiene succion: C= -0.5 ρh = -14.06 kg/m2 (en arcos) CARGAS LATERALES (SENTIDO TRANSVERSAL): CARGAS DE SISMO (E): SISMO DINAMICO: Se aplica el "Espectro de Pseudo Aceleraciones" definido en el item 3.2 de la presente Memoria SISMO ESTATICO: NTE E.030 - cap. VI → V = ZUC1P (kg) (repartido en cada columna) Fuerza sismica asociada al peso: C1 = 1.30 (NTE E.030 - Tabla 9) V= 856.37 kg P= 3378.18 kg (peso propio + 50%carga viva, automatico de SAP2000)6.2.3 METRADOS DE CARGAS: Calculando las cargas concentradas sobre los nudos de la brida superior, según el caso mas critico en cada direccion: A = ancho tributario entre arcos (m) = 4.338 m B = ancho tributario entre nudos de brida superior(m) = 1.684 m n = numero de bridas superiores comprendidas en"A" = 2 CARGA MUERTA (PD): P D = (W D )(A)(B)/n , PD = 104.06 kg CARGA VIVA DE TECHO (PLr): P Lr = (W Lr )(A)(B)/n PLr = 109.53 kg CARGA DE VIENTO (W) - ARCOS: P W = (ρ h )(A)(B)/n BARLOVENTO: Considerando presion en el Barlovento: PWp-s = 82.15 kg Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: → PWx = 27.76 kg PWx = PW*sen(θ) y PWy = PW*cos(θ) (θ=19.75º) → PWy = 77.32 kg (en zona de alta pendiente) (θ=6.58º) → PWx = 9.42 kg (en zona de baja pendiente) → PWy = 81.61 kg BARLOVENTO: Considerando succion en el Barlovento: PWs-s = -82.15 kg Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: → PWx = -27.76 kg (en alta pendiente) (θ=19.75º) → PWy = -77.32 kg PWx = PW*sen(θ) y PWy = PW*cos(θ) (θ=6.58º) → PWx = -9.42 kg (en baja pendiente) → PWy = -81.61 kg SOTAVENTO: Se tiene succion en el Sotavento: PWs-s = -25.67 kg Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: → PWx = -8.68 kg (en alta pendiente) PWx = PW*sen(θ) y PWy = PW*cos(θ) (θ=19.75º) → PWy = -24.16 kg . Parte II - 3/16
  4. 4. (θ=6.58º) → PWx = -2.94 kg (en baja pendiente) → PWy = -25.50 kg CARGA DE SISMO (E) - COLUMNAS: SISMO: Repartiendo las carga en ambas columnas: → "V/2" = 428.18 kg (ver VISTA GENERAL ARCO METALICO)6.2.4 COMBINACIONES DE CARGAS: Especificacion A-4.1 LRFD - 99: (se entiende que "W" y "E" corresponden a los casos mas criticos de Viento y Sismo respectivamente)6.2.5 ANALISIS ESTRUCTURAL: ProgramName Versión ProgLevel SAP2000 v 14.0.0 Advanced NUMERACION DE NUDOS Y BARRAS ESTADO CARGA MUERTA (PD) . Parte II - 4/16
  5. 5. punto 317 punto 347ESTADO CARGA VIVA DE TECHO (PLr) ESTADO CARGA DE VIENTO (PWs-s) . Parte II - 5/16
  6. 6. punto 317:punto821 punto 347: punto 821: ESTADO CARGA DE VIENTO (PWp-s) DERECHA: ALGUNOS DETALLES DE ESTADOS DE CARGAS EN NUDOS . Parte II - 6/16
  7. 7. SUPERIOR CUERDA DIAGONAL COLGADORSUPERIOR BRIDA INFERIOR CUERDA TENSOR INFERIOR BRIDA COLUMNA DIAGRAMAS - ENVOLVENTES DE FUERZA AXIAL (+): traccion (-): compresion . Parte II - 7/16
  8. 8. Del "Diagrama-Envolvente de fuerza axial" (pag. sgte.) se tienen los siguientesestados de fuerza en los miembros mas criticos de cada componente dela estructura:DIAGONAL:ARRIOSTRE TRANSVERSAL:ARRIOSTRE EN X:Se observa que el punto con deflexion maxima esta en la Se observa que el punto con desplazamiento lateral maximobrida inferior, cuyo valor (en cm) se considera aceptable esta en la columna, cuyo valor (en cm) se considera aceptable DIAGRAMA-ENVOLVENTE DE DEFORMACIONES . Parte II - 8/16
  9. 9. 6.2.6 DISEÑO DE ELEMENTOS DE ACERO: ProgramName Versión ProgLevel SAP2000 v 14.0.0 Advanced COLUMNA COLGADOR SIPERIOR BRIDA TENSOR INFERIOR BRIDA - DISEÑO AUTOMATIZADO DE MIENBROS DE ACERO, SEGÚN ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99 - DETALLES DE VERIFICACION DE ESFUERZOS EN MIEMBROS MAS CRITICOS DE CADA COMPONENTE DE LA ESTRUCTURA (BRIDAS, TENSOR, DIAGONAL, CUERDAS, COLGADORES Y ARRIOSTRES) . Parte II - 9/16
  10. 10. CUERDA CUERDAINFERIOR SUPERIOR ARRIOSTRE DIAGONAL TRANSVERSAL ARRIOSTRE EN X . Parte II - 10/16
  11. 11. ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99:DISEÑO DE ELEMENTOS A COMPRESIONESPECIFICACIONES φ Fcr = 25 . 32 Ksi esfuerzo critico en compresion, para acero A-36 ……..(4)AISC - LRFD 99: kL / r < 60 2 esbeltes admisible r > KL/60 ……..(5) Fcr = ( 0 .658 λ c ) F y esfuerzo admisible (Ksi), ……..(6) donde: Ø = 0.85 (en compresion) Pu ……..(7) Kl Fy Ag = y λc = φ F cr πr E DISEÑO DE Barra mas Pu = 3275.78 Kg = 7.22 Kips requiere: 2 BRIDA SUPERIOR: critica: L= 0.28 m = 11.05 pulg de (4): Ag = 0.285 pulg 760 de (5): r> 0.184 pulg Se elige seccion: varilla # 6 (3/4") Se elige seccion: varilla # 6 (3/4") Ag = 0.442 pulg2 > Ag …...…OK rx= 0.188 pulg > r …...…OK (se obvia) ry= 0.188 pulg > r …...…OK (se obvia) VERIFICACION POR ESBELTES: de (7): λc = 0.661 < 1.5 … OK Puadm = Ø(Fcr)(Ag) = 11.26 Kips > Pu …. OK de (6): Fcr = 29.987 Ksi → Seccion de diseño: varilla # 6 (3/4") → Calculo similar para resto de elementos de Brida superior . Parte II - 11/16
  12. 12. DISEÑO DE BRIDA INFERIOR.- Barra mas critica: 732 → Seccion de diseño: varilla # 6 ( Ø 3/4" ) → Calculo similar para resto de elementos de Brida inferiorDISEÑO DE DIAGONALES.- Barra mas critica: 602 → Seccion de diseño: varilla # 3 ( Ø 3/8" ) → Calculo similar para resto de diagonales . Parte II - 12/16
  13. 13. DISEÑO DE CUERDA SUPERIOR.- Barra mas critica: 937 → Seccion de diseño: varilla # 4 ( Ø 1/2" ) → Calculo similar para resto de elementos de cuerda superiorDISEÑO DE ARRIOSTRES EN "X".- Barra mas critica: 38 → Seccion de diseño: varilla # 2 ( Ø 1/4" ) → Calculo similar para resto de arriostres . Parte II - 13/16
  14. 14. DISEÑO DE CUERDA INFERIOR.- Barra mas critica: 926 → Seccion de diseño: varilla # 5 ( Ø 5/8" ) → Calculo similar para resto de elementos de cuerda inferiorDISEÑO DE COLUMNA METALICA "CM-01" .- Miembro mas critico: 41 → Seccion de diseño: perfil HSS 5 1/2"x5 1/2"x3/16" → Calculo similar para ambas columnas metalicas . Parte II - 14/16
  15. 15. DISEÑO DE ELEMENTOS A TRACCION: ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99: Pu ……(1) An ……(2) L L ……(3) Ag min = min = Pu < 300 → rmin ≥ φ Fy φ Fu U r 300 donde: Ø = 0.90 (en traccion) , Ø = 0.75 Ae = (U)(Ag) , "U" = 0.85 "r" = radio de giro DISEÑO DE TENSORES: Barra mas Pu = 2730.81 Kg = 6.01 Kips requiere: 2 critica: L= 3.840 m = 151.19 pulg de (1): Ag = 0.186 pulg 2 31 de (3): r> 0.504 pulg de (2): An = 0.163 pulg Se elige seccion: varilla # 4 (Ø 1/2") Ag = 0.196 pulg2 > Ag …… OK rx= 0.125 pulg > r …...…MAL (se obvia) Ae = 0.167 pulg2 > An ………….. OK ry= 0.125 pulg > r …...…MAL (se obvia) → Seccion de diseño: varilla # 4 ( Ø 1/2" ) → Calculo similar para resto de elementos de tensores . Parte II - 15/16
  16. 16. DISEÑO DE COLGADORES.- Barra mas critica: N° 10 → Seccion de diseño: varilla # 2 ( Ø 1/4" ) → Calculo similar para resto de colgadores . Parte II - 16/16
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