cercha.pdf

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURA CENTRO DE PRODUCCION FICSA

DOCENTE: ING. OVIDIO SERRANO ZELADA 1 SAP2000

Análisis y Diseño de una Cercha metálica

Datos Material: Acero con fy = 36 Ksi = 2500 Kg/cm2 Secciones:

Angulares dobles en cuerda superior e inferior de 2L3x3x(todos los espesores). Angulares dobles en diagonales 2L2x2x(todos los espesores). Correas de sección canal de C3x5 para todas las correas.

Geometría: Cerchas separadas cada 4 m (total 24 m)

Vista Frontal

Vista en Perspectiva

Cargas Actuantes (Kg)

Nudo Carga de Viento Carga de Nieve Peso Cubierta Peso Mantenimiento Peso Cielo Falso 1 476 574 112 250 2 510 662 224 500 3 510 662 224 500 4 510 662 224 500 5 350 396 100 230 6 175 198 50 50 7 33 8 66 9 66 10 80 11 160




Solución.‐ Paso 1 [Definir Unidades]: Ejecute el programa SAP2000. Seleccione las unidades iniciales en las que desea trabajar. Esta opción se encuentra en la parte inferior derecha de la pantalla principal de SAP2000, como se muestra a continuación.

Paso 2 [Selección del modelo]: Del menú principal (parte superior), abriendo la opción de File seleccione New Model. Esta acción lo llevará a la ventana de New Model que se muestra a continuación.




Seleccione la plantilla Blank. Esto lo conducirá a la siguiente ventana o pantalla.

Paso 3 [Importar el modelo generado en AutoCad – archivo cercha.dxf]: Del menú principal (parte superior), abriendo la opción de File seleccione Import/AutoCad .dexf File …, que abrirá la ventada Import DXF File en donde seleccionará el archivo cercha.dxf como se muestra:




Hacer clic en el botón Abrir y luego seleccione la dirección (eje) en AutoCad que se mostrará como la dirección hacia arriba en SAP2000 (para nuestro caso eje Y) y las unidades de la siguiente ventana:

Presione Ok y se mostrará la siguiente ventana, en donde elegirá el elemento que quiere importar desde una capa específica de AutoCad, para muestro caso FRAMES: BSupInf (Barras superiores e inferiores).




Al presionar OK se mostrarán los elementos importados como sigue:

Repetimos el mismo proceso hasta importar todos los elementos desde AutoCad, después de lo cual la ventana se mostrará como la siguiente:




Paso 4 [Definición de la cuadrícula para el modelo]: Hacer clic con el botón derecho del mouse en cualquier parte de la ventana del modelo (pantalla negra) y seleccionar la opción Edit Grid Data del menú flotante que lo llevará a la siguiente ventana:

Hacer clic en Modify/Show System… y asignar los valores correspondientes para cada uno de los ejes (coordenadas globales) como se muestra:




Presionar Ok dos veces y la ventana se mostrará como la siguiente al cerrar una de las dos mostradas.

Paso 5 [Eliminar grados de libertad rotacionales de lo nodos o elementos]: Note que la definición geométrica de la armadura se generó utilizando las herramientas de Draw Frame. Como consecuencia de esto el programa presume que los elementos dibujados son elementos de viga o MARCO, por lo ue hay que eliminar los grados de libertad rotacionales para que la estructura sea una “armadura ideal”. Para esto seleccione todos los elementos del modelo. Del menú principal de Assign seleccione Frame y luego Releases…. Esto lo conducirá a la pantalla siguiente de Frame Release. Seleccione las dos opciones de Moment 33 (Major) para eliminar esto grado de libertad en los extremos de los elementos. Seleccione OK. En el modelo aparecerán unos nodos de color verde cerca de cada extremo Inicial (“Start”) y Final (End) indicando que hay un grado de libertad liberado.




Paso 6 [Definición de las condiciones de los apoyos para el modelo]: Para cambiar las condiciones de borde, seleccione primero la junta a cambiar (o sea, la de ambos extremos) para cambiar su condición. Luego de seleccionar las juntas seleccione en el menú principal Assign y la opción de Joints y la sub‐opción de

Restraints o presione el icono del toolbar que se encuentra en la parte superior de la pantalla principal. Ambas acciones lo conducirán a la pantalla que se muestra a continuación.




Por ahora se recomienda que utilice los botones que se encuentran en el recuadro de “Fast Restraint”. Estos significan lo siguiente:

Apoyo o soporte fijo (fixed) que restringe desplazamientos y rotaciones todas las direcciones.

Soporte articulado (pin) que restringe desplazamientos en dos direcciones

Soporte de rodillo (roller) que restringe desplazamientos en una dirección.

Junta libre de soporte.

Seleccione de la ventana y seleccione OK. El modelo debe ahora aparecer como se muestra en la siguiente figura.

Paso 7 [Definición de las secciones de los elementos]: Para definir las secciones de los elementos, seleccione Define en el menú principal y luego la opción Frame Sections. Una forma

alternativa es presionar el icono de en el toolbar ubicado en la parte superior. Cualquier opción lo conducirá a la siguiente pantalla.




Del cuadro de selección Choose Property Type of Add, seleccionamos el tipo de elemento que deseamos importar, cuyas secciones se encuentran en el archivo section.pro que se encuentra en el directorio donde instaló el Sap2000. Para nuestro caso seleccionamos Import Double Angle.

Hacer clic en el botón Add New Property y seleccionamos el archivo Section.Pro.




Al hacer clic en el botón abrir se mostrará la siguiente ventana en donde seleccionará los perfiles a usar como sigue: Seleccionamos todos los perfiles L2x2xEspesor para las barras diagonales .

Presionamos Ok dos veces y ya habremos importado los perfiles seleccionados. Repetimos el proceso y ahora seleccionamos todos los perfiles L3x3xEspesor para las barras superiores e inferiores.

Presionamos Ok dos veces y ya habremos importado los perfiles seleccionados.




Posteriormente definimos dos secciones Auto Select para que Sap2000 seleccione una sección en forma automática al momento de hacer el diseño. Para ello de la ventana Frame Properties seleccionar la opción Add Auto Select y luego hacer clic en la opción Add New Property. Definimos la primera sección para las barras superiores e inferiores (secciones 3x3xEspesor) como sigue:

Definimos la primera sección para las barras diagonales (secciones 2x2xEspesor) como sigue:

Importamos la sección C3x5 para las correas de la siguiente forma: Del cuadro de selección Choose Property Type of Add, seleccionamos el tipo de elemento que deseamos importar para este caso Import Channel. Al hacer clic en el botón Add New Property se muestra la siguiente ventana de donde seleccionará el perfil tipo canal deseado.




Ahora tendremos definidas las secciones a utilizar.

Paso 8 [Asignar secciones de los elementos al modelo]: Luego de definir las secciones, el siguiente paso es asignar dichas propiedades a los elementos. Seleccione el elemento del modelo mediante un clic encima de dicho elemento o dibujando un cuadro que cubra el elemento, moviendo el mouse y manteniendo apretado el botón izquierdo. Del menú de Assign seleccione Frame/Cable/Tendón y luego Frame Sections, lo que lo lleva a la siguiente ventana:




Seleccione del recuadro Properties el nombre de la sección previamente definido (BSupInf para las barras superiores e inferiores y BDiag para las barras verticales y diagonales). Al presionar OK, el nombre de la sección va a aparecer sobre el elemento de la estructura.

Paso 9 [Definir sistemas de cargas]: Antes de aplicarle las cargas al modelo es necesario definir los sistemas de cargas (por ejemplo Muerta, Viva, Viento, Sismo, etc). En este paso NO se aplican las cargas, solamente se definen cuales de ellos van a ser utilizados. En este problema en particular solamente se van a aplicar las cargas en el sistema de carga muerta. Para esto, seleccione Define del menú principal y luego la opción Load Cases. Esto lo llevará a la siguiente ventana:




Inicialmente el programa tiene por omisión un sistema llamado DEAD. Reemplace el nombre de DEAD por otro nombre (por ejemplo, CM) en el espacio de Load Name y seleccione el tipo (Type) como DEAD. Cambie el factor de Self Weight Multiplier a 1. Presione el botón de Modify Load y OK. Proceda de la misma manera para definir los demás estados de carga. Paso 10 [Definimos las Combinaciones de Carga]: Combinaciones según NTE E.090 ‐ LRFD

COMB1 : 1.4D Tipo: Linear ADD COMB2 : 1.2D +1.6L +0.5(Lr ó S ó R) Tipo: Linear ADD COMB3 : 1.2D+1.6(Lr ó S ó R) + ( 0.5L ó 0.8W) Tipo: Linear ADD COMB4 : 1.2D +1.3W+0.5L+0.5(Lr ó S ó R) Tipo: Linear ADD

ENVOLVENTE : 1COMB1,1COMB2,1COMB3,1COMB4 Tipo : Envelope Donde:

D = Carga muerta debida al peso propio de los elementos y los efectos permanentes sobre la estructura. L = Carga viva debida al mobiliario y ocupantes. Lr = Carga viva en las azoteas. W = Carga de viento. S = Carga de nieve.




Paso 11 [Asugnar la cargas a la estructura]: Para asignar la carga a la estructura, seleccione primero el nudo a ser cargado (para nuestro caso nudo 1) y luego del menú que se abre con Assign, escoja de la opción Joint Loads opción Forces. Esto lo lleva a la siguiente ventana:

Presione Ok y repita el proceso para todos los nudos y para todos los estados de carga. Al finalizar la estructura estará cargada como sigue: Por Carga Muerta – CM (Peso Propio + Cubierta + Cielo Falso)




Por Carga Viva – CV (Peso Mantenimiento)

Por Carga de Nieve – CNieve (Peso de Nieve)




Por Carga de Viento – CViento (Presión del Viento)

Paso 12 [Replicamos la estructura creada para formar la cercha tridimensional]: Seleccionamos toda la cercha bidimensional luego del menú Edit seleccionamos la opción Replicate que mostrará la siguiente ventana en donde indicaremos la cantidad de elementos a replicar y la separación entre ellos como sigue:




Al presionar Ok, se mostrará la cercha replicada de la siguiente forma:

Finalmente procedemos a dibujar las correas entre los nudos con la sección C3x5, quedando la cercha final como se muestra:




Paso 13 [Analizar la estructura]:

Para obtener la solución de la estructura, presione el icono o la tecla F5. También puede seleccionar del menú de Analyze la opción de Run Analisis. Luego aparecerá una ventana Set Analisis Cases to Run el cual deberá verificar el nombre del caso o casos a analizar.

Para iniciar el análisis es necesario el boton Run Now. Luego de esto aparecerá una pantalla indicando la secuencia de pasos que el programa esta llevando a cabo para la solución del problema, terminando con un mensaje de ANALYSIS COMPLETE como se muestra a continuación.




Presione OK. El programa muestra ahora la estructura deformada (la deformación está muy exagerada para mejor visualización).

Paso 14 [Diagramas de Momento]: Una vez terminadas las etapas de pre‐procesamiento y de solución del problema, lo único que falta es la revisión de resultados o Post‐Procesamiento. Usualmente en vigas lo que interesa verificar son los diagramas de momento. Para esto seleccione el

icono en el toolbar de la parte superior de la pantalla principal o seleccione del menú de Display la opción de Show Forces/Stresses y escoja Frames/Cables. Ambas opciones lo conducirán a la siguiente ventana:




Verifique que en el espacio de Case/Combo Name esté la opción ENVOLVENTE. Seleccione la opción Axial Force en el recuadro de Component. Deje la opción de Auto seleccionada en el recuadro de Scaling. El programa debe mostrar la pantalla que se muestra a continuación.

Para ver más detalladamente los valores de los momentos en cada elemento, presione botón derecho encima del elemento.




Paso 15 [Deformada de la estructura]:

Para observar de nuevo la deformada o curva elástica de la estructura presione el icono o seleccione del menú de Display la opción de Show Deformed Shape, y luego presionando Start Animation ubicado en la parte inferior de la pantalla, si se quiere para la animación se presionara el mismo botón que cambiara su nombre por Stop Animation. Para ver la deformación en cualquier punto bastara en acercar el puntero del mouse al nudo donde se quiere ver su deformación, o presionando click derecho sobre el nudo.




Paso 16 [Diseño de la Estructura]: Antes de realizar el diseño deberemos definir la norma de diseño a emplear, para ello vaya al menú Options/Preferences/ Steel frame design… donde le aparecerá el siguiente cuadro de dialogo donde elegirá en Design Code el código con la cual el programa diseñara las barras, el diseño se lo realiza a flexo compresión.

Ahora para realizar el diseño vaya al menú Design /Steel frame design/Start design/Check of structure, esto iniciara el diseño de la estructura. Una vez terminado el diseño mostrara la estructura con colores en las barras donde indica el color rojo la barra más solicitada o que está fallando, para ver los detalles del diseño haga clic derecho sobre estas barras y presione Details para ver detalles del diseño:




El diseño mas optimo será aquel que tenga la relación de cargas menor o igual a 1. Indicando este si esta sobre dimensionada o la barra falla. En este caso el valor de 0.802 indica que no a fallado.

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