Diseño Estructural de un edificio

DISEO ESTRUCTURAL PROYECTO DE CONSTRUCCION BARRIO CALDAS

KARIN DAYANNA ORTIZ CASTILLO COD 2113129JEISSON EDUARDO GALVIS FLOREZ COD 2090221CRISTIAN ANDRES GOMEZ BELTRAN COD 2113512

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERFACULTAD DE INGENIERAS FSICO - MECNICASESCUELA DE INGENIERIA CIVILBUCARAMANGA 2015TABLA DE CONTENIDO

TABLA DE CONTENIDO2INTRODUCCION3OBJETIVOS4Objetivo General4Objetivos Especficos41.EVALUACION DE CARGAS5Modelo Estructural51.1 Cargas Muertas62.ANALISIS SISMICO92.1CONDICIONES SISMICAS93.ANALISIS DE DERIVAS163.1Centroides163.2Verificacin de derivas174.DISEO DE PLACAS ALIGERADAS174.1Evaluacin de cargas175.DISEO DE COLUMNAS386.CIMENTACIONES547.DISEO A FLEXIN DE VIGAS71CONCLUSIONES98BIBLIOGRAFIA99

INTRODUCCION

Las edificaciones con uso institucional, con caractersticas arquitectnicas que fomentan irregularidades en planta y verticales tanto en masa como en rigidez y adems, con capacidad para un gran nmero de personas, sin importar el grado de importancia que tienen en una comunidad, debe ser objeto de un estudio de desempeo frente a eventos ssmicos, en una ciudad como Ccuta ubicada una zona de alta amenaza ssmica (debido a la confluencia de varias fallas tectnicas) deben realizarse esfuerzos grandes por evaluar el cumplimiento de requisitos de diseo mnimos que permitan salvaguardar la vida, incluso para edificios usados solo para viviendas.Es por esto que se plantea un procedimiento en base a la norma Colombiana de diseo y construccin sismo resistente NSR-10. Para el proyecto el arquitecto planteo un edificio de 5 niveles, que incluye un parqueadero en el primer nivel, escaleras, teniendo en cuenta las especificaciones, caractersticas de la edificacin y su uso.El diseo estructural es un proceso individual donde el ingeniero debe planificar junto con el arquitecto el arreglo de espacios, vano, accesos, altura de piso, tamao de los elementos, economa, resistencia adecuada y mantenimiento. En el proceso de diseo se debe seguir una metodologa y procedimiento que se divide en varias partes: una primera parte de predimensionamiento a partir del proyecto arquitectnico y las caractersticas del proyecto; una segunda parte de evaluacin de cargas a partir de la Norma Sismo Resistente NSR-10; una tercera parte donde se desarrolla el sistema estructural, empleando un modelo matemtico apropiado para el anlisis de la estructura, donde se demostrar que la estructura no excede los lmites de la deriva; y una quinta parte en donde se disean los elementos estructurales de acuerdo con los requisitos del sistema de resistencia ssmica y los materiales estructurales correspondientes.En esta entrega del proyecto analizaremos las cargas mediante un anlisis ssmico de la estructura lo ms real posible; se determinara las dimensiones de cada uno de los elementos estructurales; se evaluara y se localizara cada una de las fuerzas a la que es sometida la estructura, la cual usaremos el modelamiento mediante el programa SAP 2000 V16, herramienta que brinda un anlisis de los elementos ante diferentes tipos y combinaciones de carga; y por ltimo se comprueba el cumplimiento de derivas hasta que sean menor que 0.01 la altura del piso.

OBJETIVOS

Objetivo General

Realizar el diseo estructural de un edificio de 5 plantas con su respectivo parqueadero para vivienda en la ciudad de Ccuta (Norte de Santander).

Objetivos Especficos

Evaluar cargas de la estructura y sus elementos, centro de masa y fuerzas horizontales para realizar el anlisis ssmico y anlisis de derivas en la edificacin; en base a la Norma Colombiana de Construcciones Sismo Resistentes de 2010 (NSR-10).

Asignar cargas a los elementos de la estructura y modelar el sistema en el programa SAP 2000 Versin 16.

Realizar las plantas estructurales y especificaciones del proyecto.

1. EVALUACION DE CARGAS

Modelo Estructural

1.1 Cargas MuertasPara los materiales que utilizamos en el anlisis de esta estructura, usamos la siguiente Tabla B.3.2-1 (Masas de los materiales) de la NSR-10:

1.1.1 Placa Aligerada

1.1.2 Pesos Entrepisos

1.1.3 Pesos Columnas

1.1.4 Pesos Edificio

2. ANALISIS SISMICO

2.1 CONDICIONES SISMICASTodas estas condiciones de carga ssmica se analizaron en SAP2000 versin 16.0.0 Ultimate.

2.1.1 ZONA DE AMENAZA SISMICALas zonas de amenaza ssmica se dan segn donde se encuentre ubicada la estructura y se determina el grado de amenaza ssmica. Como ya mencionamos anteriormente la estructura se encuentra en ciudad de Ccuta, encontrndose esta en una zona de amenaza ssmica alta como se observa en el siguiente grfico obtenido de la NSR-10:

Segn la NSR-10 se toman los siguientes datos, segn la regin de zona de amenaza ssmica y el perfil del suelo: Aa = coeficiente que representa la aceleracin horizontal pico efectiva, para diseo.

Av = coeficiente que representa la velocidad horizontal pico efectiva, para diseo.

Fa = coeficiente de amplificacin que afecta la aceleracin en la zona de perodos cortos, debida a los efectos de sitio, adimensional.

Fv = coeficiente de amplificacin que afecta la aceleracin en la zona de perodos intermedios, debida a los efectos de sitio, adimensional.

I = coeficiente de importancia

TC = perodo de vibracin, en segundos, correspondiente a la transicin entre la zona de aceleracin constante del espectro de diseo, para perodos cortos, y la parte descendiente del mismo.

TL = perodo de vibracin, en segundos, correspondiente al inicio de la zona de desplazamiento aproximadamente constante del espectro de diseo, para perodos largos.

T0 = perodo de vibracin al cual inicia la zona de aceleraciones constantes del espectro de aceleraciones, en segundos.

En nuestro caso tomaremos la respectiva en la ciudad de Ccuta, los coeficientes Av y Aa toman un valor de 0,35 y 0,3 respectivamente como lo muestra la siguiente tabla A.2.3-2 tomada de la NSR-10:

Luego definiremos el tipo de suelo que en este caso se estableci el tipo C de suelo. Para calcular el valor de los coeficientes Fa y Fv se hicieron interpolaciones lineales, como es permitido en la norma, que dice textualmente:

Haciendo los respectivos clculos a partir de la tabla A.2.4-3 y la tabla A.2.4-4 se define el valor de estos coeficientes:

Ahora determinamos el coeficiente de importancia la cual consiste en la necesidad de seguridad de la estructura, reas de ocupacin especial y nmeros de personas en un mismo saln a la vez pero como la casa es residencial, el coeficiente de importancia es el ms bajo y se encuentra en el grupo I. A.2.5.1.4 Grupo I Estructuras de ocupacin normal

Coeficiente de importancia I = 1.Obtenidos estos datos anteriormente ahora procedemos a calcular el espectro de diseo para el anlisis modal de la estructura:

2.1.2 Calculo del periodo fundamental de la estructura

O bien se calcula con el valor aproximado por norma:

2.1.3 Calculo de la fuerza ssmica horizontal equivalente

2.1.4 Distribucin del cortante en peso en altura

a)

3. ANALISIS DE DERIVAS

3.1 Centroides

3.1.1 Pisos 1-5

3.2 Verificacin de derivasSegn la definicin dada por la NSR-10, la deriva es el desplazamiento horizontal relativo entre dos puntos colocados en la misma lnea vertical, en dos pisos o niveles consecutivos de la edificacin.Mediante el software SAP 2000 V16 se analizaron los desplazamientos de los Centroides y cumplimiento de derivas, el cual se muestra en las siguientes tablas:

3.2.1 Combo 1 (1 Fx + 0.3 Fy)

3.2.2 Combo 2 (0.3 Fx + 1 Fy)

4. DISEO DE PLACAS ALIGERADAS

4.1 Evaluacin de cargas

4.1.1 Cargas muertasPara obtener las cargas muertas, se revisan las densidades de los materiales del casetn y la densidad del concreto, definidas en la tabla B.3.2-1.

Posterior a estas tres cargas, se obtienen las cargas que aportan las fachadas y particiones, y el afinado de piso, segn la tabla B.3.4.3-1, teniendo en cuenta que la ocupacin de la estructura corresponde a residencial.

Finalmente, se determina el valor total de las cargas muertas:

4.1.2 Cargas vivas

B.4.2.1. CARGAS VIVAS REQUERIDAS Las cargas vivas que se utilicen en el diseo de la estructura deben ser las mximas cargas que se espera ocurran en la edificacin debido al uso que sta va a tener. En ningn caso estas cargas vivas pueden ser menores que las cargas vivas mnimas que se dan en las tablas B.4.2.1-1 y B.4.2.1-2.

Se determina el valor de la carga viva, teniendo en cuenta que la ocupacin de la estructura es residencial.

Las cargas vivas de balcones se cargan en las viguetas respectivas ubicadas en ese punto como se muestra en el anlisis de viguetas 4.1.4. Vigueta Tipo 5. Las cargas vivas de escaleras se cargan directamente en las vigas auxiliares y otras vigas que mantiene esta carga en ese punto.

4.1.3 Calculo de la carga ltima por unidad de longitud

Finalmente se calcula la carga ltima por unidad de longitud que resistir cada vigueta, con la combinacin de carga estipulada en el ttulo B.2.4.2.B.2.4.2.- COMBINACIONES BSICAS El diseo de las estructuras, sus componentes y cimentaciones debe hacerse de tal forma que sus resistencias de diseo igualen o excedan los efectos producidos por las cargas mayoradas en las siguientes combinaciones:Wu = 1.2 D + 1.6 L(B.2.4-1)

4.1.4 Calculo de reacciones de las viguetas

4.1.4.1 Vigueta Tipo 1

Cargas Vivas

Reacciones WL

Diagrama de Cortante WL

Diagrama de Momento WL

Cargas Muertas

Reacciones WD

Diagrama de Cortante WD

Diagrama de Momento WD

Carga Ultima

Reacciones WU

Diagrama de Cortante WU

Diagrama de Momento WU


Cargas Vivas

Reacciones WL



Cargas Muertas

Reacciones WD



Carga Ultima

Reacciones WU




Cargas Vivas

Reacciones WL



Cargas Muertas

Reacciones WD



Carga Ultima

Reacciones WU




Cargas Vivas

Reacciones WL



Cargas Muertas

Reacciones WD



Carga Ultima

Reacciones WU




Cargas Vivas

Reacciones WL



Cargas Muertas

Reacciones WD



Carga UltimaWu = 1.2 D + 1.6 L(B.2.4-1)

Reacciones WU



4.1.5 Diseo a flexin de viguetas

El diseo a flexin estar basado en los parmetros que se rigen en la norma NRS-10. Los valores de momentos de la estructura fueron obtenidos del programa de modelacin y anlisis SAP 2000.4.1.5.1 Calculo para Vigueta Tipo 1 y vigueta tipo 5Teniendo en cuenta C.7.7 de la NSR-10 obtenemos la distancia del recubrimiento del concreto.

Para cada momento se us la siguiente expresin para el clculo de la cuanta:

Donde

Calculo tipo vigueta 1

Calculo tipo vigueta 5

4.1.5.2 Calculo para Vigueta Tipo 2, 3 y 4

Donde

La cuanta para las viguetas tipo 2, 3 y 4 daban menor que la cuanta mnima, por lo tanto se toma la cuanta mnima para el clculo de As.

4.1.6 Diseo a cortante de viguetas

Dnde:

Nota: El primer estribo se coloca a 50 mm de la cara del nodo. Zona confinada hasta 2H, dnde H es la altura de la viga Zona confinada Zona no confinada , slo para elementos que se diseen por sismoresistencia. Si Vs 319.2

55-960.45144.129603339.1284781>319.2

EJE C4eDelta P [KN]Esf neto ext [ KN/m^2]Verificacin

130.45148.6730952349.8190476>319.2

551.2813.4253659405.1239615>319.2


130.45148.6730952349.8190476>319.2

551.2813.4253659405.1239615>319.2

Debido a que no cumple se aumenta la longitud

Se realiza de igual manera el diseo para las otras.

EJE C4 L2L1eDelta P Esf neto ext [ KN/m^2]Verificacin

[m][m][m][KN]< 319.2

13 [ext]3.61.80.5166.6620107314.80602Cumple

55 [int]3.83.81.51082.806494305.945325Cumple


[m][m][m][KN]< 319.2

13 [ext]3.61.80.5166.6620107314.80602Cumple

55 [int]3.83.81.51082.806494305.945325Cumple

Proceguimos con el clculo de la carga ltima distribuida, tomando los datos de la zapata excentrica

6.3 Diseo a cortante

d= 0.484

Cumple!

6.3.1 Diseo a cortante por perforacin.

6.4 Diseo a flexinPara el diseo a flexin trabajamos con el momento mximo del diagrama

B=1.8 d=0.484

Tomamos una barra = 1N6 As diseo = 2.84 cm2

6.5 Diseo de la viga de contrapeso

Diagrama de fuerzas

Diagrama de cortante y momento ( Mximos)

Viga que se encuentra entre la zapata excntrica y cntricaBase=450Altura= 0.484+0.07+0.516= 1.07 md = 1.07-0.07= 1 mClculo de refuerzo por flexin:

Diseo a cortante

Clculo Zapata 96 [externa] y Zapata 55 [ interna]


960.45144.129603339.128478>319.2

551.2813.425366405.123962>319.2


[m][m][m][KN]< 319.2

96 [ext]3.61.80.5161.568772305.185459Cumple

55 [int]3.83.81.51082.80649305.945325Cumple


Diseo a cortante por perforacin.

Diseo a cortante

d= 0.484

Cumple

Diseo a flexinPara el diseo a flexin trabajamos con el momento mximo del diagrama

B=1.8 d=0.484

Tomamos una barra = 1N6 As diseo = 2.84 cm2

Diseo de la viga de contrapeso

Diagrama de fuerzas

Diagrama de cortante y momento (mximos)

Viga que se encuentra entre la zapata excntrica y cntricaAltura=0.600+0.07+0.4= 1.07Base =450Recubrimiento =0.07d =1 mClculo de refuerzo por flexin:

Zapata cntrica 55EJE C4 L2L1eDelta P Esf neto ext [ KN/m^2]Verificacin

[m][m][m][KN]< 319.2

55 [int]3.83.81.51082.80649305.945325Cumple


Diseo a cortante por perforacin.

Cambio Ldh= 0.6

Diseo a cortante

d= 0.6

Cumple!

Diseo a flexinPara el diseo a flexin trabajamos con el momento mximo del diagrama

B=1.8 d=0.484

7. 8. DISEO A FLEXIN DE VIGAS

VIGA EJE 1

VIGA EJE 2

VIGA EJE 3

VIGA EJE 4

VIGA EJE 5

FLEXIN VIGA EJE 6

FLEXIN VIGA EJE 7

FLEXIN VIGA EJE 9

FLEXIN VIGA EJE 11

VIGA AUX EJE 8 (3-2)




DISEO A CORTANTE DE VIGAS

VIGA EJE 1

VIGA EJE 2

VIGA EJE 3

VIGA EJE 4

VIGA EJE 5

VIGA EJE 6

VIGA EJE 7

VIGA EJE 9

VIGA EJE 11



VGA AUX EJE 10 (3-2)


CONCLUSIONES

La norma exige que las derivas no deben ser mayores al 1% de la altura del piso segn la siguiente tabla A.6.4-1.

Las derivas son el mayor indicador de resistencia de la estructura, y adems, este valor define los daos presentados en caso de un eventual sismo. Para el caso de un temblor el cumplimiento de esta condicin de derivas mximas implica, segn la norma, las siguientes consideraciones:a. Deformacin inelstica de los elementos estructurales y no estructurales. b. Estabilidad global de la estructura. c. Dao a los elementos estructurales que no hacen parte del sistema de resistencia ssmica y a los elementos no estructurales, tales como muros divisorios, particiones, enchapes, acabados, instalaciones elctricas, mecnicas, etc. d. Alarma y pnico entre las personas que ocupen la edificacin.Para disminuir el valor de las derivas mximas, lo que se debe hacer es modificar las dimensiones de las columnas y las vigas hasta que las derivas se cumplan. Cambiando las columnas a una dimensin de 0,75 x 0,75 [m] y vigas de 0,5 x 0,5 [m] cumplen con las derivas para esta estructura.

BIBLIOGRAFIA

Reglamento Colombiano de Construccin Norma Sismo Resistente. NSR-10.

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