DISEÑO DE COBERTURA METALICA

7/27/2019 DISEO DE COBERTURA METALICA

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DISEO DE COBERTURA METALICALos elementos de la armadura tanto de la viga principal como de las correas serndiseadas a TRACCIONyCOMPRESIONya que estos son los efectos mscrticos.

DISEO DE VIGA METAL ICAMETRADO DE CARGAS PARA EL DISEO

1. CARGA MUERTA:

Calculo delpeso p rop io de la estruc tura: ASUMIMOS UN PERFIL

BARRA PERFIL LONGITUD AREA P.E. MASA

1 L3"x3"x5/16" 100 1.78 0.00785 1.3973

2 L3"x3"x5/16" 100 1.78 0.00785 1.3973

3 L3"x3"x5/16" 100 1.78 0.00785 1.3973

4 L3"x3"x5/16" 100 1.78 0.00785 1.3973

5 L3"x3"x5/16" 100 1.78 0.00785 1.3973

6 L3"x3"x5/16" 100 1.78 0.00785 1.3973

7 L3"x3"x5/16" 100 1.78 0.00785 1.3973

8 L3"x3"x5/16" 100 1.78 0.00785 1.3973

9L3"x3"x5/16"

100 1.78 0.00785 1.397310 L3"x3"x5/16" 100 1.78 0.00785 1.3973

11 L3"x3"x5/16" 100 1.78 0.00785 1.3973

12 L3"x3"x5/16" 100 1.78 0.00785 1.3973

13 L3"x3"x5/16" 100 1.78 0.00785 1.3973

14 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

15 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

16 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

17 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

18 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

19 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

20 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

21 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

22 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

23 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

24 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

25 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635


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Calcu lo del peso pro pio de la celo sa:

BARRA PEERFIL LONGITUD AREA P.E. MASA

26 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

27 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

28 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

29L3"x3"x3/8"

100 2.11 0.00785 1.6563530 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

31 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

32 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

33 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

34 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

35 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

36 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

37 L3"x3"x3/8" 100 2.11 0.00785 1.65635

38 L3"x3"x5/16" 141.4 1.78 0.00785 1.97578

39 L3"x3"x5/16" 141.4 1.78 0.00785 1.97578

40 L3"x3"x5/16" 141.4 1.78 0.00785 1.9757841 L3"x3"x5/16" 141.4 1.78 0.00785 1.97578

42 L3"x3"x5/16" 141.4 1.78 0.00785 1.97578

43 L3"x3"x5/16" 141.4 1.78 0.00785 1.97578

44 L3"x3"x5/16" 141.4 1.78 0.00785 1.97578

45 L3"x3"x5/16" 141.4 1.78 0.00785 1.97578

46 L3"x3"x5/16" 141.4 1.78 0.00785 1.97578

47 L3"x3"x5/16" 141.4 1.78 0.00785 1.97578

48 L3"x3"x5/16" 141.4 1.78 0.00785 1.97578

49 L3"x3"x5/16" 141.4 1.78 0.00785 1.97578

MASA TOTAL 81.627


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BARRA PEERFIL LONGITUD AREA P.E. MASA

1 LISO 1/2" 40 1.29 0.00785 0.40506

2 LISO 1/2" 40 1.29 0.00785 0.405063 LISO 1/2" 40 1.29 0.00785 0.40506

4 LISO 1/2" 40 1.29 0.00785 0.40506

5 LISO 1/2" 40 1.29 0.00785 0.40506

6 LISO 1/2" 40 1.29 0.00785 0.405067 LISO 1/2" 40 1.29 0.00785 0.40506

8 LISO 1/2" 40 1.29 0.00785 0.405069 LISO 1/2" 40 1.29 0.00785 0.40506

10 LISO 3/8" 47 0.71 0.00785 0.26195

11 LISO 3/8" 47 0.71 0.00785 0.26195

12 LISO 3/8" 47 0.71 0.00785 0.26195

13 LISO 3/8" 47 0.71 0.00785 0.26195

14 LISO 3/8" 47 0.71 0.00785 0.26195

15 LISO 3/8" 47 0.71 0.00785 0.26195

16 LISO 3/8" 47 0.71 0.00785 0.26195

17 LISO 3/8" 47 0.71 0.00785 0.2619518 LISO 3/8" 47 0.71 0.00785 0.26195

19 LISO 3/8" 47 0.71 0.00785 0.26195

20 LISO 3/8" 47 0.71 0.00785 0.2619521 LISO 3/8" 47 0.71 0.00785 0.26195

22 LISO 3/8" 47 0.71 0.00785 0.26195

23 LISO 3/8" 47 0.71 0.00785 0.26195

24 LISO 3/8" 47 0.71 0.00785 0.26195

25 LISO 3/8" 47 0.71 0.00785 0.26195

26 LISO 3/8" 47 0.71 0.00785 0.2619530 L3"x2"x1/4" 40 1.2 0.00785 0.3768

31 L3"x2"x1/4" 40 1.2 0.00785 0.376832 L3"x2"x1/4" 40 1.2 0.00785 0.3768

33 L3"x2"x1/4" 40 1.2 0.00785 0.3768

34 L3"x2"x1/4" 40 1.2 0.00785 0.3768

35 L3"x2"x1/4" 40 1.2 0.00785 0.3768

36 L3"x2"x1/4" 40 1.2 0.00785 0.3768

37 L3"x2"x1/4" 40 1.2 0.00785 0.3768

38 L3"x2"x1/4" 40 1.2 0.00785 0.3768

39 L3"x2"x1/4" 40 1.2 0.00785 0.3768

40 L3"x2"x1/4" 40 1.2 0.00785 0.3768

MASA TOTAL 80 kg

NUMERO DE CELOCIAS = 23PESO TOTAL ACTUANTE SOBRE LA ESTRUCTURA = (23 x 80)/6 = 306.6 kg


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Distr ibu cin de la masa en el rea de influ encia so bre la arm adura:A = 4.3 x 18.4 = 76 m2Masa = 816.27 kg . + 306.6kg . = 1122.94 kgPeso prop io = 19 kg/m2

2. CARGA VIVA: Segn Reglamento Nacional de Edif icacio nes

3. CARGA DE VIENTO:

Vh = V (h/10) ^0.22 75 km/hVh = V(7/10) ^0.22 75 km/hPara la regin centro segn el mapaelico del Per la velocidad del viento es:V = 70 km/hVh = 70 (7/10) ^0.22 75 km/hVh = 64.7172 75 km/h

Vh = 75 km/h

PESO PROPIO DE LA ESTRUCTURA: 19 kg/m2 PESO DE LA COBERTURA: 20 kg/m2 ACCESORIOS: 5 kg/m2

CARGA MUERTA 44 kg/m2

CARGA VIVA 30 kg/m2

18.4

4.3m

h = 7 m


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Calculo d e Angu lo de incl inacin de armadura:Tg = 10/44.24 = 0.226

= 12.73

Corresponde a superficies inclinadasde 15 o menores, correspondiendoun factor de forma:

BARLOVENTO: -0.7 y +0.3SOTAVENTO: -0.6(C*) = +0.8

Tomando el caso ms crtico del barlovento:Ph = 0.005CVh^ 2

Ph = 0.005 x 1.1 x 75^2

Ph = +30.938 kg/m 2

CARGA DE VIENTO 30.938 kg /m2

CALCULO DE CARGA DE DISEO (desarrol lo de com binacio nes):

TOMANDO EL CASO MAS CRITICO: Cu = 1.2D+1.3 W+0.5LCu = 1.2x44 +1.3x30.938+0.5x30

Cu = 108.02 kg/m2

9.2 m

6 m

-0.7 +0.3+0.8 +0.8

C = 0.1 C = 1.1


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CALCULO DE FUERZA ACTUANTE PUNTUAL EN CADA NUDO

Nudos interiores: P = 1x0.75x108.02 = 81.015kg

Nudos extremos: P = 0.5x0.75x108.02 = 40.508kg

DISEO DE ELEMENTOS MEDIANTE PROGRAMA SAP 2000 V.15

PROCEDIMIENTO1. Se grafica la estructura empleando el programa AUTOCAD, para una mayor

facilidad.

18.4

4.3 m


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2. Emplearemos la opcin impor tdel programa SAP 2000 para importar el dibujodesarrollado en AUTOCAD, para ello seguimos el siguiente procedimiento:

1. Guardamos el archivo en formato dwtcon el nombre cercha.

2. En el programa sap2000 seleccionamos la opcin File-Import, y buscamos laopcin Auto Cad .dxf File


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3. Seguidamente seleccionamos el archivo guardado cercha y lo abrimos, el

programa sap2000 nos mostrara la siguiente ventana, en donde elegiremos laopcin que contiene el eje Y

4. A continuacin seleccionamos los elementos que solo queremos que importeel sap2000 elegimos en la opcin Framesla capa donde contiene la grfica,

para este caso elegimos la capa BN

5. Finalmente obtenemos el grafico en la pantalla del programa sap2000


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3. Asignamos las restricciones de la estructura, es decir las condiciones de apoyopara ello seleccionamos el nudo y nos dirigimos a la opcin Asing-Joint-Restranits

Para el primer nudo asignamos la opcin de apoyo rg ido


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Para el segundo nudo asignamos la opcin de apoyo mvil

4. Para analizar la estructura como una armadura, es necesario articular losnudos de la estructura, seleccionamos toda la estructura y empleamos laopcin As sing -Frames-Relases-Partial Fixity


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Se mostrara la ventana donde debemos de activar las restriccionescorrespondientes al momento M33como se muestra en la figura. El modelofinalmente quedara definido tal como se muestra en la segunda figura en donde seobserva que aparecern unos nodos de color verde cerca de cada extremo Inicial(Start) y Final (End) indicando que se han liberado algunos grados de libertad.


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5. Definicin de las prop iedades del tipo de material a uti l izar (Acero A 36)Luego de haber definido la geometra de nuestro modelo, debemos de definir

el tipo de material a utilizar, para ello hacemos clik en el men Define-Materials, tal como se muestra en la figura.

Seguidamente el programa nos mostrara la ventana con los diferentes tipos demateriales con los que trabaja el programa (ver figura), en este caso debemosseleccionar la opcin Add New Mater ial Quick.En la ventana emergente seleccionamos:

Material Type: SteelSpecification: ASTM A36


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Nuevamente en la ventana Define Materials ya se tiene el material A36 disponible;para ver o modificar las propiedades del material hacemos clik en el botnModify/Show Material.En la ventana Material Property Data se muestra las

propiedades correspondientes al acero A36.


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6. Def inic in de las secciones de los elementos estruc turales usando lali b rera de l sap2000

Las secciones que se utilizan en este ejercicio, corresponden a las de doblengulo, para ello vamos a exportar las secciones de la librera del SAP2000. Lassecciones a utilizar son las siguientes:2L 1 x 1 x 3/16 y L 1 x 1 x 1/8Para definir las secciones vamos al men Define-Section Pro perties-FrameSect ions.., tal como se muestra en la figura.


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Seguidamente el programa nos mostrara la ventana de secciones definidasdel SAP2000 (ver figura), en dicha ventana, en la seccin click tohacerclick en el botn Import New Property.

Aparecer la ventana Import Frame Section Property (ver figura), haremos clicen el botn Double Anglecon la finalidad de importar las secciones doblengulo de la librera AISC.PRO, ubicado en el directorio donde se instal el

programa, tal como se muestra en la figura. De igual manera importamos lassecciones a ngulo simple.


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La siguiente figura muestra el archivo con todas las secciones doble ngulo quetiene incorporado el programa, en esta ventana seleccionamos las secciones autilizar y el material del cual van estar formados. Para seleccionar ms de un perfila la vez use la tecla Ctrl en el teclado, mantngala presionada mientrasseleccionamos los perfiles a utilizar.


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7. Asign acin de las secciones a los elementosPara asignar las secciones definidas a los elementos de nuestro problema,debemos de seleccionar primero todos los elementos correspondientes a la bridasuperior e inferior. Luego vamos al men Ass ing-Frame Sect ions., como semuestra en la figura.


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Seguidamente nos mostrara la ventana con las secciones definidas, en la cualseleccionamos la que le corresponde y hacemos clic en OK.

De igual manera asignamos las secciones para las diagonales. De esta manerahabremos asignado todas las secciones a nuestro modelo, tal como se muestra enla figura:

8. Definir tipo s de cargaLos tipos de carga a utilizarse en este modelo corresponden al sistema de

carga muerta (DEAD), carga viva (LIVE) y al de viento. Para definir estesistema de carga, vamos al men Define-Load Patterns, tal como semuestra en la figura.


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En la ventana de definicin de cargas se puede observar el tipo de carga muerta(DEAD), el cual considera adicionalmente el peso propio de la estructura (debido aque en la columna Self Weight Multiplier se encuentra ingresado el valor de 1).Para adicionar el estado de carga viva (LIVE) y de viento (WIND) en el recuadroLoad Name escribir LIVE y WIND correspondientemente y agregarlo a la listahaciendo clic en Add New Load.


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9. As ignacin de cargasPara cargar la estructura debemos de seleccionar los nudos interiorescorrespondientes a la brida superior, luego vamos al men Assing-Joint Loads-Forces, tal como muestra la figura.

Se nos muestra la ventana Joint Forces que se observa en la figura,correspondiente a la ventana de fuerzas en los nudos, en la que sobre el casilleroLoad Pattern Nameelegimos el sistema de carga a asignar, para el primer casoelegimos la carga DEAD y cargamos la estructura con el valor de -33 kgf, el signonegativo es debido a que la fuerza aplicada en el nudo se opone a la direccin

positiva del eje Z. De igual manera repetimos los pasos para los dems sistemasde carga.


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Estas cargas puntuales fueron calculadas anteriormente, multiplicando la cargamuerta, viva y de viento expresada inicialmente en kg/m2, por el ancho tributarioque en este caso es 0.75m.

10. Def inic in d e combinacion es d e carga

La combinacin de carga a utilizarse se define en funcin al cdigo de diseo:Las combinaciones a usarse en el siguiente ejemplo son:COMB1: 1.2DCOMB2: 1.2D + 1.3W + 0.5L

Para definir una combinacin vamos al men Define-Load c omb inat ions,tal como se muestra en la figura:


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Luego de seleccionada la opcin Load Combinations esta nos mostrara la ventanade definicin de combinaciones de carga que se muestra en la figura. En estaventana debemos hacer clic en Add New Combo, en la que nos mostrara laventana para generar las combinaciones de carga en funcin de factores de cargade diseo, tal como muestra la segunda figura. Para ingresar la primeracombinacin (COMB1) primero debemos asegurarnos del nombre (por defecto el

programa coloca el nombre COMB1 como nombre de la primera combinacin yluego lo va incrementando). Luego debemos seleccionar el tipo de combinacin,en este caso seleccionaremos la opcin Linear Add. Finalmente, en la columnaLoad Case Name seleccionaremos el estado de carga llamado DEAD y en lacolumna Scale Factorescribimos el factor de amplificacin (1.2), para ingresar losdatos antes escrito hacemos clic en Add, de esta manera se ha ingresado el nicotrmino que compone la combinacin 1. De igual manera ingrese los valores parala combinacion2.

PRIMERA COMBINACION


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SEGUNDA COMBINACION

ENVOLVENTE


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11. Anlisi s d el modelo estru ctu ralLuego de haber definido el modelo y cargado la estructura, procedemos al anlisisestructural, para ello vamos al men Analyze-Set Analysis Options , como semuestra en la figura.

Se nos mostrara la ventana de opciones de anlisis, donde hacemos clic en laopcin XZ Plane, debido a que estamos realizando un anlisis en dicho plano. As

mismo marcamos la casilla Automatically sabe con la finalidad de generar elarchivo de reporte de resultados, luego hacemos clic en OK.

Vaya ahora al men Analyze-Set Load Cases to Run- donde nos mostrara laventana en que debemos definir los casos de anlisis que deseamos que seejecuten. Por ejemplo, para indicarle al programa el caso de anlisis MODAL nosea ejecutado, debemos seleccionar dicho caso de carga y luego hacer clic en elbotn Run/Do Not Run Case.Para ejecutar el programa hacemos clic en el botn Run Now, tal como se muestraen la figura.


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12. Visual izacin grafica d e los resultado s Deformada

Para visualizar la deformada de la estructura debido a los estados de carga o alas combinaciones, vamos al men Display-Show Deformed Shape., talcomo se muestra en la figura.


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El programa nos mostrara la ventana que se observa en la figura, en donde elusuario indica el caso/combinacin del cual se requiere ver la deformada de laestructura y algunas opciones de visualizacin. Esta figura2 representa ladeformada de la estructura para la combinacin 2.

13. Visual izacin grafica d e los resultado s en form a grfica de los resultado s-

carga axial y cortante.

Para visualizar los resultados en forma grfica de las fuerzas en general,vamos al men Display-Show Forces/Stresses-Frames/Cables, tal comose muestra en la figura.


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En la ventana Member Forc e Diagram fo r Framespodemos seleccionar quetipo de fuerzas en elementos Frames queremos observar tales como cargaaxial, cortantes o momentos, tal como se muestra en la figura. Luego deelegida una opcin a la vez, nos mostrara en forma grfica los diagramas delas fuerzas correspondientes.

DIAGRAMA DE FUERZA AXIAL-COMBINACION2


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PARA EL DISEO EMPLEAREMOS LA COMBINACION 3 QUE PERTENECEA LA ENVOLVENTE DE LAS FUERZAS

DIAGRAMA DE FUERZA AXIAL-ENVOLVENTE

14. Diseo de la est ru ct ura14.1. Defin ic in del cd igo de di seo (AISC-LRFD99)

En la ventana de preferencias de diseo, debemos de seleccionar lascombinaciones de diseo segn la figura:


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14.2. As ign ar combin acio nes de dis eo

En la ventana de seleccin de combinaciones de diseo de la columna Lis tof Load Combinat ionsseleccionar las combinaciones a usar en laverificacin/diseo y aadirlas a la columna Desing Load Combinations. Ennuestro caso las tres combinaciones definidas.


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14.3. Verific acin de dis eo de la estr uc tur a

En esta fase el programa ha verificado todos los elementos del modelo estructural,producto de ello nos muestra el diagrama de colores de demanda vs capacidad.


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15. Optim izacin de perfi les

15.1. Definicin de la nueva secc in del elemento


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AADIMOS LAS SECCIONES POSIBLES A ADOPTAR PARA LASBRIDAS NGULO DOBLE

AADIMOS LAS SECCIONES POSIBLES A ADOPTAR PARA LASBRIDAS NGULO SIMPLE


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15.2. As ignar la nueva seccin (l ista) a los elementos de la estruc tura

Seleccionamos los elementos de las bridas y le asignamos los elementoscon la denominacin autoelem

De igual manera asignamos los elementos autoelem 2 para las diagonales

15.3. An alizar la estruc tura


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16. Dis eo y auto selecc in de la estr uc tur a


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Desarrollamos los mismos pasos anteriores hasta que el programamuestre el siguiente mensaje

Verificamos la estructura

El programa mostrara el siguiente mensaje el cual indica que las seccionesson los ptimos

.


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Seguimos el siguiente proceso para finalizar el proceso de autoseleccin.Primero seleccionamos todos los elementos de la estructura

FINALMENTE LOS PERFILES OPTIMOS QUEDAN MOSTRADAS

DISEÑO DE COBERTURA METALICA

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