In-HT-01.1-K (Verificacion de Pernos de Anclaje)

PROYECTO HOSPITAL DE TALCA

IN-HT-01.1-K

REVISIN K

FECHA : 12/14/2012

INGENIERA ESTRUCTURAL: PROYECTO CIVIL DE MUROS CORTINAS

MEMORIA DE CLCULO

VERIFICACIN DE PERNOS DE ANCLAJE

INGENIERO : Mauricio Riquelme

Hospital de Talca IN-HT-01.1-K 1 de 41

Tabla de Contenidos

Hospital de Talca

CAPTULO 1.0: Verificacin de Pernos de AnclajeCAPTULO 1.0: Verificacin de Pernos de AnclajeCAPTULO 1.0: Verificacin de Pernos de AnclajeCAPTULO 1.0: Verificacin de Pernos de Anclaje

1.0.1 Determinacin de las Cargas sobre Fachada1.0.1 Determinacin de las Cargas sobre Fachada1.0.1 Determinacin de las Cargas sobre Fachada1.0.1 Determinacin de las Cargas sobre Fachada

1.0.2 Verificacin Estructural de Elementos Verticales1.0.2 Verificacin Estructural de Elementos Verticales1.0.2 Verificacin Estructural de Elementos Verticales1.0.2 Verificacin Estructural de Elementos Verticales

1.0.3 Verificacin Estructural de los Anclajes1.0.3 Verificacin Estructural de los Anclajes1.0.3 Verificacin Estructural de los Anclajes1.0.3 Verificacin Estructural de los Anclajes


Standards de Referencia

Para diseo de aluminio:

Aluminum Design Manual , The Aluminum Association, 2010 Edition.

Para diseo de acero laminado:

Steel Construction Manual - Allowable Stress Design, American Institute of Steel Construction (AISC), 9th Edition (ASD,1989).

Para diseo de acero plegado:

Cold-Formed Steel Design Manual, American Iron and Steel Institute (AISI), 2005 Edition.

Para determinacin de la fuerza de viento:

NCh 432 Of. 71, "Clculo de la accin del viento sobre las construcciones".

Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, ASCE/SEI 7-05.

Otras disposiciones aplicables:

Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones.

International Building Code (IBC) 2006.

Maximum Allowable Deflection of Framing Systems for Building cladding Components at Design Wind Loads, AAMATIR-A11-04.

Mtodos de Diseo Estructural

Para los elementos de aluminio ser usado el mtodo de tensiones admisibles, Allowable Strength Design (ASD), deacuerdo a los procedimientos especificados por The Aluminum Association.

Para los elementos de acero laminado ser usado el mtodo de tensiones admisibles, Allowable Strength Design(ASD), de acuerdo a los procedimientos especificados por el American Institute of Steel Construction (AISC).

Para los elementos de acero plegado ser usado el mtodo de tensiones admisibles, Allowable Strength Design(ASD), de acuerdo a los procedimientos especificados por el American Iron and Steel Institute (AISI).


Definiciones

Unidades

tonf 1000 kgf ton 1000 kg ORIGIN 0

Propiedades de los Materiales

Aluminio

Coeficiente de dilatacin trmica del aluminio: a 23 106

1

C:=

Tensin ltima a la traccin del aluminio AA6063-T5: Ftu 22ksi:=

Tensin de fluencia a la traccin del aluminio AA6063-T5: Fty 16ksi:=

Tensin de fluencia a la compresin del aluminio AA6063-T5: Fcy 16ksi:=

Tensin de fluencia menor del aluminio AA6063-T5: Fy min Fcy Fty, ( ):= Fy 110.3 MPa=

Factor de seguridad: ny 1.65:=

Mdulo de elasticidad del aluminio AA6063-T5: Ea 70000MPa:=

Peso especfico del aluminio: a 2700kgf m3

:=

Cristal

Peso especfico del cristal: c 2500kgf m3

:=

Acero

Tensin de fluencia A36: Fy.s 36ksi:= Fy.s 248.2 MPa=

Mdulo de elasticidad del acero: Es 193GPa:=

Peso especfico del acero: s 7850kgf m3

:=

Centro de Plstico del Panel Compuesto

Mdulo de elasticidad del centro de plstico: Ep 40000MPa:=

Peso especfico del centro de plstico: pl 1329kgf m3

:= pl 1329kgf

m3

=

Peso por metro cuadrado de panel: p 5.5kgf

m2

:=


Funciones para Calcular Tensiones Admisibles en Tornillos

SPACED THREADS

Knmax 0.0997 0.1257 0.1389 0.1649 0.1887 0.2443 0.2983 0.3499 0.4056 0.4603 0.5125 0.6273 0.7387 0.8566( )Tin:=

d 0.1380 0.164 0.19 0.216 0.25 0.3125 0.375 0.4375 0.5 0.5625 0.625 0.75 0.875 1.0( )Tin:=

Fv.s Fu, Fy, ( ) k 1

k 0 di

=if

i i 1+( ) otherwise

i 13 k 1=( )while

AR 0.7854 Knmaxi

2

min 0.75 Fy 0.40 Fu, ( )3

AR

:=

Ft.s Fu, Fy, ( ) k 1

k 0 di

=if

i i 1+( ) otherwise

i 13 k 1=( )while

AR 0.7854 Knmaxi

2

min 0.75 Fy 0.40 Fu, ( ) AR

:=

Fbe.steel Fu, t, type, ( ) Fb 1.2 Fu type "standard"=ifFb 1.0 Fu otherwise

A t

Fb A

:=


CAPTULO 1.0: Verificacin de Elementos Verticales, Anclajes y Bandejas de Aluminio

1.0.1 Determinacin de lasCargas sobre la Fachada

1.0.1.1 Geometra


1.0.1.2 Cargas de Diseo

1.0.1.2.1 Carga Permanente: Peso Propio

Alto de bandeja: L0

1400mm:=

Separacin de bandeja: B0

1281mm:=

Peso Propio de bandeja: PP L B p:= PP 9.9 kgf=


1.0.1.2.2 Carga Eventual: Viento (NCh 432 Of. 1971)

Para construcciones situadas en la ciudad o lugares de rugosidad comparable.Nch 432-Of. 71, Tabla 1 seccin 6.

Altura mxima, en metros, de la construccin: Hmax 42m:=

H' 0 15 20 30 40 50 75 100 150 200 300( )Tm:=

Pb' 55 75 85 95 103 108 121 131 149 162 186( )T kgf

m2

:=

Pb H( ) linterp H' Pb', H, ( ) H 300mif

186kgf

m2

otherwise

:=

Carga bsica de viento: q'b Pb Hmax( ):= q'b 104kgf

m2

=

Factor de forma pared a barlovento: C1

0.8:=

Factor de forma pared a sotavento: C2

0.4:=

Carga de diseo por viento: qv C q'b:= qvT

0 83.2 41.6( )kgf

m2

=

Para la verificacin del cristal, se asume que la presin de viento corresponde a una rfaga de 3-seg de acuerdo a lanorma ANSI/ASCE 7-05.


1.0.1.2.3 Carga Eventual: Carga ssmica (NCh 433 Of.96 Modificada en 2009)

Zona Ssmica: Z 3:=

Aceleracin efectiva mxima delsuelo:

Ao 0.20 g Z 1=if

0.30 g Z 2=if

0.40 g otherwise

:= Ao 0.4 g=

Categora del Edificio: Ce "IV":=

Determinacin de la Fuerza Ssmica Horizontal que acta sobre el Elemento Secundario:

Factor ssmico horizontal: Fs.h 1.5:= Segn punto 12 de Anexo del proyecto denominado"PROTECCIN SSMICA DE ELEMENTOS NOESTRUCTURALES"

Frmula para determinacinde fuerza mxima horizontal: Fh P( ) Fs.h P:=

Fuerza ssmica horizontal: Fh PP( ) 14.8 kgf=

Determinacin de la Fuerza Ssmica Vertical que acta sobre el Elemento Secundario:

Segn punto 8.1.3, de la NCh 433Of.96, la fuerza ssmica vertical sepuede calcular como:

Fv P( ) 0.67Ao

g P:=

Factor ssmico vertical: 0.67Ao

g 0.27=

Fuerza ssmica vertical: Fv PP( ) 2.6 kgf=

1.0.1.3 Combinaciones de Carga

C1 : PESO PROPIO Normal

C2 : PESO PROPIO VIENTO Eventual CONDICIN QUE CONTROLA EL DISEODE LOS PERFILES

C3 : PESO PROPIO SISMO X SISMO Y SISMO Z

Eventual CONDICIN QUE CONTROLA EL DISEODE LOS ANCLAJES


1.0.1.4 Deformaciones Admisibles de los Elementos de la Fachada

Se utilizaron las recomendaciones para deformaciones admisibles especificados en el documento AAMA TIR-A11-04(Editorialmente Revisado el 2/2004): "Maximum Allowable Deflection of framing Systems for Building CladdingComponents at Design Wind Loads".

Deformacin Horizontal Admisible p ara Elementos Verticales

Deformacin admisible: h.allow L( )L

175L 13ft 6in+


1.0.2 Verificacin Estructural de los Elementos Verticales

1.0.2.1 Anlisis Estructural de la Fachada - Combinacin de Carga C2: PP+ VIENTO

1.0.2.1.1 Anlisis Estructural de la Fachada


1.0.2.1.2 Materiales


1.0.2.1.3 Verificacin Estructural de los Elementos

Factor de Utilizacin: FU 0.82:= 1.0 OK, Verifica

Todos los elementos estructurales verifican.



1.0.3 Verificacin Estructural de los Anclajes

1.0.3.1 Reaccin de los Anclajes - Combinacin de Carga C3: PP - VIENTO(Succin)


Reaccin horizontal mxima: Rh 159kgf:=


1.0.3.1.1 Verificacin de Anclaje que slo toma Carga de Viento

Verificacin de Anclajes A=150 mm, Espesor=3 mm


1.0.3.1.1.1 Verificacin de Tensin Mxima Segn Von Mises

Tensin mxima: fb 54.7MPa:=

Tensin admisible: Fb

Fy

ny

:= Fb 66.9 MPa=

Factor de Utilizacin: FUfb

Fb

:= FU 0.82= 1.0 OK, Verifica

El anclaje verifica con A=150 mm y e=3 mm. Escuadra 150x50x65x3


1.0.3.1.1.2 Verificacin de Perno de Anclaje

Traccin en perno: T

Rh 65mm2

350 mm

1

325 mm

:= T 604.2 kgf=

Cizalle en perno: V 0kgf:=

Tarugo + Clavo

Dimetro de taco: 10mm:= M8

Profundidad de perforacin: pperf 80mm:=

Verificacin al cizalle

Tensin de trabajo: fv V:= fv 0 kgf=

Tensin admisible: Fv 10kN:= Fv 1019.7 kgf=

Factor de utilizacin: FUv

fv

Fv

:= FUv 0.00= 1.0 OK


Verificacin a la traccin

Tensin de trabajo: fb T:= fb 604.2 kgf=

Tensin admisible: Fb 6.0kN:= Fb 611.8 kgf=

Factor de utilizacin: FUb

fb

Fb

:= FUb 0.99= 1.0 OK

Verificacin a la interaccin cizalle-traccin

Factor de utilizacin: FU FUv2

FUb2

+:= FU 0.98= 1.0 OK


1.0.3.1.1.3 Verificacin de tornillos autoperforantes para fijar las escuadras a losperfiles verticales

Fu. 74ksi:=STEEL SAE Grade 2:

Fy. 57ksi:=

Dimetro de tornillo: #10-16: 0.19in:=

Verificacin al cizalle

Tensin de trabajo: fv Rh:= fv 159 kgf=

Tensin admisible: Fv Fv.s Fu., Fy., ( ):= Fv 117.5 kgf=

Factor de utilizacin: FUv

fv

Fv

:= FUv 1.35= 1.0 OK

Verificacin a la traccin

Tensin de trabajo: fb 0kgf:=

Tensin admisible: Fb Ft.s Fu., Fy, ( ):= Fb 82.5 kgf=

Factor de utilizacin: FUb

fb

Fb

:= FUb 0= 1.0 OK

Verificacin a la interaccin cizalle-traccin

Factor de utilizacin: FU FUv2

FUb2

+:= FU 1.83= 1.0 OK

Verificacin al aplastamiento

Espesor de perfil: t 3mm:=

Tensin de trabajo: fap Rh:=

Tensin admisible: Fap Fbe.steel Fu., t, "standard", ( ):= Fap 903.9 kgf=

Factor de utilizacin: FUap

fap

Fap

:= FUap 0.18= 1.0 OK


1.0.3.1.2 Verificacin de Anclaje que toma Peso Propio y Carga Ssmica

Verificacin de Anclajes A=150 mm, Espesor=5 mm.


Considerando anclajes A=150 mm, espesor=5 mm, para que sea necesario que solo un anclaje seacapaz de tomar el peso propio y las cargas ssmicas de la bandeja se requiere que el peso que toma elanclaje sea de:

PPmax 5kgf:=

Por lo tanto, el rea asociada al anclaje de carga sera de: Amax

PPmax

p

:= Amax 0.909m2

=


1.0.3.1.2.1 Verificacin de Tensin Mxima Segn Von Mises

Tensin mxima: fb 67.1MPa:=

Tensin admisible: Fb

Fy

ny

:= Fb 66.9 MPa=

Factor de Utilizacin: FUfb

Fb


El anclaje verifica con A=150 mm y e=5 mm. Escuadra 150x50x65x5


1.0.3.1.2.2 Verificacin de Tensin Mxima en Anclajes debido a la dilatacintrmica

Debido a que la bandeja se encuentra confinada por dos anclajes que limitan la dilatacin trmica, seprocede a evaluar la magnitud de dicha dilatacin en el largo de la bandeja.

Amplitud trmica: T 50 C:=

Tensin mxima: fa

a Ea T

2:= fa 40.25 MPa=

Tensin admisible: Fa

Fy

ny

:= Fa 66.9 MPa=

Factor de Utilizacin: FUfa

Fa


Cizalle en perno: V 7.425kgf( )2

3.48kgf( )2

+:= V 8.2 kgf=

Traccin en perno: T

7.024kgf 65mm2

350 mm

1

325 mm

V100mm

2

325 mm

+:= T 75.9 kgf=


1.0.3.1.2.3 Verificacin de Perno de Anclaje HILTI TZ


Perno Hilti Kwik Bolt TZ de dimetro 3/8" con una profundidad de penetracin de 2" (50.8 mm).

Propiedades: Anclaje: Perno Hilti Kwik Bolt TZ

Concreto: 4.000 psi=27.6 MPa

Dimetro nominal: 3

8in:=

Cargas Admisibles de Trabajopara un perno de 3/8" a unaprofundidad de penetracin de2" (50.8 mm):

Traccin : Nall 1273lbf:=

Corte : Vall 999lbf:=

Solicitaciones: Traccin : Nd T:= Nd 75.9 kgf=

Corte : Vd V:= Vd 8.2 kgf=

Nall 577.4 kgf= Nd 75.9 kgf=

Vall 453.1 kgf= Vd 8.2 kgf=

Verificacin de Anclajes

1) Factor de Ajuste para Distancia entre Anclajes.

Profundidad de colocacin:

hef hnom

hnom 2in:= Profundidad de colocacin nominal.

hef 2in:= Profundidad de colocacin efectiva.

hmin 1.5 hef:= Profundidad de colocacin mnima.

Smin 1 hef:= Smin 51 mm= Distancia entre anclajes mnima para evitar falla durante instalacin oapriete del anclaje.

Scr 2 hef:= Scr 102 mm= Distancia entre anclajes mnima para obtener mxima capacidad decarga del anclaje.

Sact 170mm:= Distancia entre anclajes.

Espacios Tensin/Corte: fA min 0.3Sact

hef

0.40+ 1,

:= fA 1.00=

2) Factor de Ajuste para Distancia al Borde.

Cmin 1.0 hef:= Cmin 51 mm= Distancia al borde mnima para evitar falla durante instalacin oapriete del anclaje

Ccr 1.5 hef:= Ccr 76 mm= Distancia al borde mnima para obtener mxima capacidad de cargadel anclaje.


C 150mm:= Distancia al borde actual.

Tensin de Distancia de Borde: fRN min 0.40C

hef

0.40+ 1,

:= fRN 1.00=

Cmin 1.0 hef:= Cmin 51 mm= Distancia al borde mnima para evitar falla durante instalacin o aprietedel anclaje


Esfuerzo Cortante Admisible: fRV min 0.333C

hmin

1,

:= fRV 0.66=

Tensin del Perno

V Vall fA fRV:= V 297 kgf=

Carga de Trabajo: Traccin

N Nall fA fRN:= N 577.4 kgf=

Carga de Trabajo: Corte

V Vall fA fRV:= V 297 kgf=

Corte II (alejndose del Borde)

Traccin admisible: Nrec N:= Nrec 577.4 kgf=

Cizalle admisible: Vrec V:= Vrec 297 kgf=

Carga Combinada:

Nd

Nrec

Vd

Vrec

+ 1.2 k1

Nd

Nrec

Vd

Vrec

+:= k1

0.16= 1.2 OK

Nd

Nrec

5

3Vd

Vrec

5

3

+ 1 k2

Nd

Nrec

5

3Vd

Vrec

5

3

+:= k2

0.04= 1.0 OK


y x( )Nrec

Vrec

x 1.2Nrec

kgf+:=

5

3:= y x( )

Nrec

Vrec

x

Nrec

kgf

+

1

:=

y x( )Nrec

Vrec

x k1

Nrec

kgf+:=

5

3:= y x( )

Nrec

Vrec

x

k2

Nrec

kgf

+

1

:=

0 100 200 3000

200

400

600

y x( )

y x( )

y x( )

y x( )

x


1.0.3.1.2.4 Verificacin de Perno de Anclaje Simpson Strong


Perno Simpson de dimetro 3/8" con una profundidad de penetracin de 2-3/4" (69.85 mm).

Propiedades: Anclaje: Perno Simpson Strong

Concreto: 2.500 psi=17 MPa

Dimetro nominal: 1

2in:=

Cargas Admisibles de Trabajopara un perno de 1/2" a unaprofundidad de penetracin de2-3/4" (69.85 mm):

Traccin : Nall 0.65 2995 lbf:=

Corte : Vall 0.65 5280 lbf:=

Solicitaciones: Traccin : Nd 75.9 kgf=

Corte : Vd 8.2 kgf=

Nall 883 kgf= Nd 75.9 kgf=





hef hnom

hnom 23

4in:= Profundidad de colocacin nominal.


hef 23

4in:= Profundidad de colocacin efectiva.

hmin 1.5 hef:= Profundidad de colocacin mnima.





hef

0.40+ 1,

:= fA 1.00=






hef

0.40+ 1,

:= fRN 1.00=




hmin

1,

:= fRV 0.48=

Tensin del Perno

V Vall fA fRV:= V 742.1 kgf=


N Nall fA fRN:= N 883 kgf=




Traccin admisible: Nrec N:= Nrec 883 kgf=


Cizalle admisible: Vrec V:= Vrec 742.1 kgf=

Carga Combinada:

Nd

Nrec

Vd

Vrec

+ 1.2 k1

Nd

Nrec

Vd

Vrec

+:= k1

0.10= 1.2 OK

Nd

Nrec

5

3Vd

Vrec

5

3

+ 1 k2

Nd

Nrec

5

3Vd

Vrec

5

3

+:= k2

0.02= 1.0 OK


y x( )Nrec

Vrec

x 1.2Nrec

kgf+:=

5

3:= y x( )

Nrec

Vrec

x

Nrec

kgf

+

1

:=

y x( )Nrec

Vrec

x k1

Nrec

kgf+:=

5

3:= y x( )

Nrec

Vrec

x

k2

Nrec

kgf

+

1

:=

0 200 400 600 8000

500

1000

y x( )

y x( )

y x( )

y x( )

x


1.0.3.1.2.5 Verificacin de Perno de Anclaje Spit Fix Z


Perno Spit Fix Z de dimetro 3/8" con una profundidad de penetracin de 58 mm.

Propiedades: Anclaje: Perno Spit Fix Z

Concreto: C20/25

Dimetro nominal: 3

8in:=

Cargas Admisibles de Trabajopara un perno de 3/8" a unaprofundidad de penetracin de58 mm:

Traccin : Nall 4.3kN:=

Corte : Vall 10.5kN:=

Solicitaciones: Traccin : Nd 75.9 kgf=

Corte : Vd 8.2 kgf=

Nall 438.5 kgf= Nd 75.9 kgf=





hef hnom

hnom 68mm:= Profundidad de colocacin nominal.

hef 58mm:= Profundidad de colocacin efectiva.

hmin 120mm:= Profundidad de colocacin mnima.





hef

0.40+ 1,

:= fA 1.00=







hef

0.40+ 1,

:= fRN 1.00=




hmin

1,

:= fRV 0.42=

Tensin del Perno



N Nall fA fRN:= N 438.5 kgf=




Traccin admisible: Nrec N:= Nrec 438.5 kgf=

Cizalle admisible: Vrec V:= Vrec 445.7 kgf=

Carga Combinada:

Nd

Nrec

Vd

Vrec

+ 1.2 k1

Nd

Nrec

Vd

Vrec

+:= k1

0.19= 1.2 OK

Nd

Nrec

5

3Vd

Vrec

5

3

+ 1 k2

Nd

Nrec

5

3Vd

Vrec

5

3

+:= k2

0.06= 1.0 OK


y x( )Nrec

Vrec

x 1.2Nrec

kgf+:=

5

3:= y x( )

Nrec

Vrec

x

Nrec

kgf

+

1

:=

y x( )Nrec

Vrec

x k1

Nrec

kgf+:=

5

3:= y x( )

Nrec

Vrec

x

k2

Nrec

kgf

+

1

:=

0 200 4000

200

400

y x( )

y x( )

y x( )

y x( )

x


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