Calculo de estructura metalica tipo galpon

PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO Y

CÁLCULO DE ESTRUCTURA METÁLICA TIPO GALPON

METODO DE LOS ESTADOS LIMITES LRFD

ING. Rubén J. González P.

22/03/2017

ELABORADO POR: ING. RUBÉN J. GONZÁLEZ P. 2

TABLA DE CONTENIDO

1 Descripción general del proyecto. .................................................................................4

2 Normas utilizadas. ................................................................................................................4

3 Configuracion propuesta. ..................................................................................................5

4 Datos de la estructura: .......................................................................................................5

4.1 Diseño de las correas: ...................................................................................................5

4.1.1 Análisis De Carga: ................................................................................................5

4.1.2 Carga por viento ..................................................................................................6

4.1.3 Pandeo Local Alas ................................................................................................9

4.1.4 Pandeo Local Alma ..............................................................................................9

4.1.5 Chequeo De Formula ..........................................................................................9

4.1.6 Chequeo De Flecha ........................................................................................... 10

5 Diseño Del Reticulado ..................................................................................................... 10

5.1 Análisis De Carga De La Cercha .............................................................................. 10

5.2 Análisis Estructural Del Reticulado ...................................................................... 11

5.3 Diseño de los elemento de la armadura: ............................................................ 13

5.3.1 Chequeo a tracción:..................................................................................................... 13

5.4 Chequeos a compresión ........................................................................................... 14

5.4.1 Pandeo flexional: .............................................................................................. 15

5.4.2 Pandeo torsional: .............................................................................................. 16

5.4.3 Pandeo flexotorsional ..................................................................................... 16


6 Diseño De Las Columnas- ............................................................................................... 18

6.1 Pandeo flexional ........................................................................................................... 18

6.2 Pandeo torsional: ..................................................................................................... 18

6.3 Pandeo Local Alas ........................................................................................................ 20

6.4 Pandeo Local Alma ...................................................................................................... 20

6.5 Chequeo de la formula ............................................................................................... 20

7 Diseño De La Placa Base Para Columnas ................................................................. 21

7.1 .......................................................................... 23

7.2 ................................................................................ 24

7.3 .......................................................................... 25

7.4 Resistencia teorica al deslizamiento del anclaje (Np) .............................. 25

7.5 Resistencia teorica del concreto a la fractura por tracción en los

j “Ncbg” ............................................................................................................................. 26

7.6 Resistencia teórica del concreto a la fractura en los bordes(Nsbg) ... 27

8 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................... 28


1 Descripción general del proyecto.

El proyecto consiste en una estructura metálica, aporticada en sentidos “Y” de

1 nivel, con una cubierta de techo inclinada, cuya planta tiene una configuración

rectangular, y su uso será industrial.

La estructura estará conformada por perfiles metálico rectangulares y

constara de pórticos metálicos separados a 5 metros de distancia cada uno para

g 20 ó “Y”, ó

á 15 ó “X”

metálicos (cerchas), y á “Z” 6.00 metros, la cubierta de techo

de la edificación estará conformada laminas de aluminio revestidas, con una

inclinación del 20%.

2 Normas utilizadas.

Norma FONDONORMA 2002-88 “C y A Mí y

f ”

Norma FONDONORMA 1753-2005 “ C eto Armado para

f . A á y D ñ ”.

A.C.I. 318S-05 “ q g C ”

COVENIN 1618-98 “ f . Mé

Lí ”.


3 Configuracion propuesta.

4 Datos de la estructura:

Longitud (L): 15 m.

Separación entre Cerchas(S): 5 m.

Separación entre Correas: 1.53 m.

Pendiente: 20%

α = artg (1.50 m/7.5 m) = 11.31º

q = 50 kg/m2 (TABLA)

4.1 Diseño de las correas:

4.1.1 Análisis De Carga:

Cubierta: LAMILIT (Pt) Pt= 5.70kg/m2

Perfil Asumido: UNICON 120*60 (Pc) 6.70 kg/ml

6.70 kg/ml / 1.53 ml Pc= 4.38 kg/ m2

Carga permanente (CP)= Pt+Pc 5.70kg/m2+4.38 kg/ m2

.


Wcp (carga repartida) = CP*separación entre correas.

10.08 kg/ m2* 1.53 m. Wcp= 15.42 kg/ml

Wcpx = Wcp*senα 15.42 kg/ml * sen 11.31 Wcpx =3.02 kg/ml

Wcpy = Wcp*senα 15.42 kg/ml * cos 11.31 Wcpy =15.12 kg/ml

4.1.2 Carga por viento (W)

Presión dinámica del viento en kg/m2 (q)

Condiciones de ubicación

De la construcción

Altura de la Construcción(m)

10 15 20 25

Normales en terreno llano 50 55 60 65

Terreno elevado no abrigado 100 110 120 125

Expuesto a la orilla del mar 130 145 155 165


Carga del viento (P) = P = q * C

Donde:

P = presión normal del viento kg/m2

C = coeficiente de forma = 1.2 sen α (α= ángulo de la superficie con la

horizontal, [constante])

q = presión dinámica del viento kg/m2 (TABLA)

≥ 50 kg 2 (NORMA)

q = 50 kg/m2

P = 50 kg/m2 * (1.2 sen 11.31) = 11.76 kg/m2 < 50 kg/m2

P = 50 kg/m2

Wv (Carga repartida por viento).= P *separación entre correas

50 kg/m2 * 1.53 m .

Diseño de correa sometida a flexión biaxial:

Wx = Wcpx .

y y 15.62 kg 6.50 kg .

Wy= Carga de servicio

Se debe verificar la siguiente ecuación:

Mn = Momento nominal (Diseño de elementos por flexión)


ɸ F (ɸ 0,90; g f x ó )

Combinaciones de cargas:

U1= 1.4 CP

U2=1.2CP + 1.3 W

Flexión eje “X”

Wuy =1.2*( Wcpy)+1.3*( Wv) 1.2*(15.12kg/ml)+1.3*(76.50kg/ml)

Wuy =117.59 kg/ml

M y

8

11 .59 kg (5.00 )

8

.

F x ó j “Y”

Wux =1.2*( Wcpx) 1.2*(3.02 kg/ml) Wuy =3.62 kg/ml

M x

8

.62 kg (5.00 )

8

.

5.00 ml

117.59 kg/ml

5.00 ml

3.62 kg/ml


Características del Perfil escogido: UNICON 120*60

Ix= 159,29 cm4 Iy= 54,67 cm4 d= 120 mm

Sx= 26,55 cm3 Sy= 18,22 cm3 bf= 60 mm

Zx= 30,53 cm3 Zy= 20,95 cm3 tf= 2,50 mm

rx= 4,32 cm ry= 2,10 cm tw= 2,50 mm

PESO= 6,70 Kg/ml

4.1.3 Pandeo Local Alas: λf < λ f

λ f

2 f

60

2 2.50 12 λ

6

fy

6

515 . 5 (N MA)

12 > 7.35 NO COMPACTO

4.1.4 Pandeo Local Alma: λw < λ

λ

2 f

120 (2 2.50)

2.50 6

λ 60

fy

60

515 .5 (N MA)

46.00 < 73.54 COMPACTO

4.1.5 Chequeo De Formula

Mpx = Zx * Fy 30.53 cm3* 3515 kg*cm2 Mpx=107312.95 kg*cm

1.5 *Sx * Fy 1.5 * 26.55 cm3* 3515 kg*cm2 139984.88 kg*cm

Mpx= 107312.95 kg*cm

Mpy = Zy * Fy 20.95 cm3* 3515 kg*cm2 M 6 9.25 kg


1.5 *Sy * fy 1.5 * 18.22 cm3* 3515 kg*cm2 9606 .9 kg

.

( 6 . 8 kg ) 100

0.90 10 12.95 kg

(11. 1 kg ) 100

0.90 6 9.25 kg 1

0.40 < 1 OK

4.1.6 Chequeo De Flecha: (Cargas de servicio)

5 y

8

200 (FL C A ADM L )

5 (91.62 kg 100) (500 )

8 2100000 kg 159.29 2.2

500

200 2.50

2.23 cm < 2.50 cm OK

DISEÑAR LAS CORREAS CON PERFIL UNICON 120*60

5 Diseño Del Reticulado

5.1 Análisis De Carga De La Cercha

Geometría propuesta:


5.2 Análisis Estructural Del Reticulado

Numero de nodos(n) = 20

Numero de barras(b) = 37

Di = b – ( 2n – 3 ) = 37– ( 2*20 – 3 ) = 0

De = R – EE = 3 – 3 = 0

Internamente estable

Externamente estable

Tipo de reticulado: cercha

Perfil asumido: UNICON 100*100

Carga permanente (CP):

Peso de la cercha: W = L(Longitud del perfil)*P(peso del perfil)

37.8 m* 8.89 kg/m W= 336.04 kg

Peso de las correas: W= Nº de correas* Peso Propio *S

11* 6.70 kg/m * 5m W= 368.50 kg

Peso de La cubierta: W= Peso Propio *S * ’* 2(lados)

5.70 kg/m2*7.65m*5m*2 W= 436.05 kg

C ∑ 336.04 kg + 368.50 kg+ 436.05 kg

CP= 1140.59 kg

C

1

11 0.59 kg

9 1

.

2

11 .06 kg

2

.

ISOSTATICA


Carga Por Viento (W)

Carga = presión*l*S 50 kg/m2*7.65 m*5m

W=1912.50 kg

1

1912.50kg

1

.

2

82.50 kg

2

.

Py interno= Pni* cos α 82.50 kg 11. 1

.

Px interno= Pni* α 82.50 kg 11. 1

.

Py externo= Pne* cos α 191.25 kg 11. 1

.

Px externo= Pne* α 191.25 kg 11. 1

.


Los esfuerzos axiales en las barras y las reacciones fueron calculados a través del

programa de cálculo Etabs 2013

CARACTERÍSTICAS DEL Perfil asumido para la cercha:

UNICON 100*100 e=2.5 mm

h= 10 cm. β 0.63

A= 11.33 cm2 Iy= 175.1 cm4

Fy= 3515 Kg./cm2 Ix= 175.1 cm4

Fu= 4570 Kg./cm2 K= 1

rx= 3.93 cm. 1

ry= 3.93 cm.

5.3 Diseño de los elemento de la armadura:

Calculo de la capacidad resistente de los miembros: Nn.

Se asumen los nodos soldados.

5.3.1 Chequeo a tracción:

Miembros en tracción; cedencia en la sección total.

Barra más desfavorable a tracción: 2199.53 kg(T)

Nn = A*Fy 11.33 cm2*3515kg/cm2

Nn =39824.95 kgf.

ɸt*Nn 0.90*Nn 0.90* 39824.95 kgf.

.

Si ɸt*Nn > Nu; chequea

35842.46 kgf > 2199.53

2199.5

58 2. 6 .

1,


5.4 Chequeos a compresión

Barra más desfavorable a compresión: (C) 2498.24 kg

Longitud de la barra: (l) l= 153 cm

Coeficiente de reducción de tensiones por conceptos de pandeo local. Depende

de las relaciones de esbeltez(ɸas)

Nodos articulados. K = 1

Pandeo flexional

Miembros en Compresión Pandeo torsional

Pandeo flexotorsional

Para perfiles con dos ejes de simetría:

Fcrf

Fcr será el menor valor entre

Fcrt

Para perfiles con un eje de simetría:

Fcrf

Fcr será el menor valor entre

Fcrft


UNICON 100*100 e=2.5 mm: Dos ejes de simetría

5.4.1 Pandeo flexional:

L = longitud del miembro en cm.

K = 1; nodos articulados.

E = modulo de elasticidad del acero = 2.1 * 106 kg/cm2

Relación de esbeltez efectiva:

1.50 > > 1.50

1,50 F 0,8

λ Fy

1,50 F 0,658( ) Fy

λ L

fy

λ

1 15

.9

515 kg

2.1 10 kg

.

. 1.50

1,50 . . 515

kg

.


5.4.2 Pandeo torsional:

F C

( L) 2

1

Cw = constante de torsión no uniforme o modulo de alabeo.

C y D

1 5.10

(10 )

.

G = modulo de corte.

2.6

2100000 kg

2.6

.

J = Modulo de torsión (TABLA)

.

F 2100000 kg .50

(1 15 ) 80 692. 1 kg 0.26

1

1 5.10 1 5.10

.

515

1166 .0

. 1.5

. . 515 kg

.

5.4.3 Pandeo flexotorsional: (NO APLICA A ESTE CASO, SE CALCULARA SOLO

COMO REFERENCIA)

F

F y F

2β 1 1

F y F β

(F y F )

y y

A

1 5

11.

.

Se calcula cuando el perfil es compuesto o doble


F y

L

2100000 kg

1 15 .9

.

F

1 68 . kg 096.99 kg

2 0.6 2 1 1

1 68 . kg 096.99 kg 0.6 2

(1 68 . kg 096.99 kg )

.

λ Fy

F

515 kg

282 .55 kg

. 1.5

1 0.658( . ) 515 kg .

.

F 152. kg

.

F 096.99 kg

F 2089.09 kg

N F A 096.99 kg 11. .

N 0.85N 0.85 5088.90 kg .

2 98.2

29825.56 .

1,

Realizar el procedimiento con un perfil de menor sección para optimizar el calculo


6 Diseño De Las Columnas-

RVA = Nu. = 2525.82 kg.

RHA = 419.46 kg.

Mu = 1046.39 kg*m

Características del perfil escogido: UNICON 220*220 e=7.00 mm

Ix= 2597.70 cm4 Iy= 2597.70 cm4 d= 200 mm

Sx= 259.77 cm3 Sy= 259.77 cm3 bf= 220 mm

Zx= 298.74 cm3 Zy= 298.74 cm3 tf= 5.50 mm

rx= 7.89 cm ry= 7.89 cm tw= 5.50 mm

A= 41.75 cm2

Dos ejes de simetría: FcrF y FcrT

6.1 Pandeo flexional

λ L

fy

λ

2 600

.89

515 kg

2100000 kg

.

. 1.50

1,50 F 0,8

λ Fy 1

0,8

1.98 515 kg

.

6.2 Pandeo torsional:

F C

L

1


C y D

259 . 0

(20 )

G = modulo de corte.

2.6

2100000 kg

2.6

.

J = Modulo de torsión (TABLA)

.

F 2100000 kg 259 0

(2 600 ) 80 692. 1 kg 0.26

1

259 . 0 259 . 0

.

515

60.08

. 1.5

1 0,8

2.15 515 kg

.

F 60.08 kg

F 666.88 kg .

N F A 666.88 kg 1. 5 .

N 0.85N 0.85 2 8 2.26 kg .

2525.82

2 665.92 .

1,


Miembro sometido a flexión

6.3 Pandeo Local Alas: λf < λ f

λ f

2 f

200

2 5.50 18.18 λ

6

fy

6

515 . 5 (N MA)

18.18 > 7.35 NO COMPACTO

6.4 Pandeo Local Alma: λw < λ

λ

2 f

200 (2 5.50)

5.50 . 6

λ 60

fy

60

515 .5 (N MA)

34.36 < 73.54 COMPACTO

6.5 Chequeo de la formula

Mpx = (Zx * Fy*.090)/100 (298.74 cm3* 3515 kg*cm2*0.90)/100

Mpx=9450.64 kg*m

N

N

2525.82 kg.

2 665.92kg

.

N

N ≥ 0.20;

N

N

8

9

M

M 1

N

N 0.20;

N

2 N

M x

M x

M y

M y 1

2525.82 kg.

2 2 665.92 kg

10 6. 9 kg

9 50.6 kg 1

.

,

DISEÑAR LAS COLUMNAS CON PERFIL UNICON 200*200 e= 5.5 mm


7 Diseño De La Placa Base Para Columnas

.

L ( ) 6.25 cm

L ( ) 6.25

( ) 5.00

( ; ) 5.00

( ; ) 5.00

Columna UNICON

200*200 Fy = 3515 kg/cm2 Fu = 4080 kg/cm2

Placa Base A992Fy50 Fy = 2530 kg/cm2 Fu = 4569 kg/cm2

H = 40.00 cm B =40.00 cm Espesor (t) = 1.20 cm

Concreto f¨c= 210 kg/cm2

Área de la placa base

0

0

0 0


( 2 )( 2 ) ( 0 2 5.00 ) ( 0 2 5.00 )

, , ; B=N

N ;

. ; .

( ; ) N 2L . .

( ; ) 2L . .

x y

10 6 9

2525.82 .

( ) 0.85

( ) 0. 5 0.85 210

1600

900 ( ) .

( ) 1 8.50

0

2

2

0

2

2525.82

2 1 0 .

, ñ


L g y Y , ó

2 ≥

2 ( )

2

0.00

2 6.25 .

(

2)

2

2 ( )

(1 . 5 0.00

2) 1 . 5 0 2

2 2525.82 ( 1. 1 . 5 )

1 0

.

1 0

0.58 2525.82 .

7.1

0.95

2

0.00 0.95 20

2 .

0.8

2

0.00 0.8 20

2 . 00

Y ( , );

( ) 2.11

2

( )

2525.82

0.00 0.58 .

( ) 2.11 108.82

0.58 (12.00 0.58

2)

25 0 2

( ) .


(

2)

2

(1 . 5 20

2)

0. 5

2 .

( ) 2.11

( ) 2.11 2525.82 .1

0.00 25 0 2 ( ) .

( )

( ), ( ) ( ) (1.2 , 0.60 ) ( ) .

( )

1.1

1.20 .

D/C e q 1 “ ”

.

7.2

n = numero de pernos

Perno A325X Diámetro = ½” Agujero = STD

Fu =4080 kg/cm2

( 2)

16 0.56

( 2)

.

.1 (1.2 )

.

0. 5 0. 5 080

1.2 .


0. 5 886.20

820.28

2915

.

D C q 1 “ ”

7.3

Electrodo E70xx: ruptura por tensión = 4920 kg/cm2

S2*= S2 – (c*2)- 2.5*2 cm(distancia de la soldadura al borde del perfil)

S2*= 27.5 cm –( 5 cm* 2)- ( 2.5cm * 2) = 12.5 cm

D= garganta efectiva

12.5 0. 5 .

820.28

11. 5 .

2 1.5 0.6 1 0. 0

16

2 0. 5 1.5 0.6 920 2 1 0. 0 0.60

16 .

69.81

1 6.10 .

D C q 1 “ ”

7.4 Resistencia teorica al deslizamiento del anclaje (Np)

Abrg = área de aplastamiento de espárragos con cabeza (cm2)(TABLA)

Ψ4= 1.4 ; coeficiente de modificación de deslizamiento (Norma 1753-05)

ɸ= 0.70 factor de minoración resistencia teórica (Norma 1753-05)

8

0. 1. 1.88 8 210 .


820.28

095.2 .

D C q 1 “ ”

7.5 Resistencia teorica del concreto a la fractura por tracción en los anclaje

“Ncbg”

Ψ3= 1.25 ; coeficiente de modificación por agrietamiento del concreto (Norma 1753-05)

hef = Longitud efectiva de empotramiento del anclaje

hef = S2 + 2a + 2Lev = 27.50 cm + 2*5 cm + 2* 6.25 cm = 42.50 cm

S1*= S1 – (c*2)- 2.5*2 cm(distancia de la soldadura al borde del perfil)

S1*= 27.50 cm –( 5 cm* 2)- ( 2.5cm * 2) = 12.50 cm

ANO= área proyectada de la superficie de falla de un anclaje individual alejado de los bordes de

la sección de concreto

6.25 5.00 11.25

6.25 5.00 11.25

9 9 ( 2.50 ) .

(2 ( , )( (( ), 1.5 )))

(2 11.25 ( 2.50 , 12.50 ) (11.25 (( . 11.25 ),1.5 2.5 )))

(22.50 (12 .5 , . ) (11.25 ((2 . 5 ),6 . 5 )))

(22.50 12.50 ) (11.25 2 . 5 )

16

(

)

0. 1.25 16 210 2.50 (

1225

16256.25 )

16 0.56

8865.55 .

D C q 1 “ ”


7.6 Resistencia teórica del concreto a la fractura en los bordes(Nsbg)

(( ), ( ))

(( ), ( ))

((6.25 5.00 ), (6.25 5.00 )) .

((6.25 5.00 ), (6.25 5.00 )) .

1

0. 5 1 11.25 1 1.88 210 .

2.5 2.50 28.12

6 12.50 11.25

(1

6 ) (1

12.50

6 11.25 ) 21 9. .

1 88.6

258 .0 .

D C q 1 “ ”


8 BIBLIOGRAFIA

Material de apoyo “Calculo de g ó ” del Profesor: Ing. Enmanuel

Colmenares.

INTRODUCCION AL COMPORTAMIENTO Y AL DISEÑO DE

ESTRUCTURAS ACERO. América Bendito Torrija.

AISD- 360

Calculo de estructura metalica tipo galpon

Engineering

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