Diseño de estructura de soporte para cubierta_rev0C

7/14/2019 Diseño de estructura de soporte para cubierta_rev0C

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Diseño de estructura

de soporte para

cubierta Cálculo de carga de cubierta

Diseño de Armadura y Travesaños

Revisión de resistencia de columnas

Diseño de una escalera de caracol

Detalle de materiales para proyecto

o Materiales metálicos

o Concreto

Proyección 3D de la obra

Ing. Luis San Segundo01/01/2013Rev. 0C



ContenidoIntroducción .................................................................................................................................................. 2

Calculo de carga de cubierta ......................................................................................................................... 4

Peso de la losacero ................................................................................................................................... 4

Peso del concreto ....................................................................................... Error! Bookmark not defined.

Carga por velocidad del viento ................................................................................................................. 6

Carga por lluvia ......................................................................................................................................... 6

Factorizado de Cargas de la cubierta ........................................................................................................ 6

Diseño de los travesaños (Correderas) ......................................................................................................... 7

Cargas sobre las correderas ...................................................................................................................... 7

Diseño a flexión de la corredera ............................................................................................................... 9

Análisis de resultados para corredera ................................................................................................ 10Características de la cercha ........................................................................... Error! Bookmark not defined.

Diseño corredera: .......................................................................................... Error! Bookmark not defined.

Conclusión diseño de correderas ............................................................... Error! Bookmark not defined.

Diseño de la cercha: ....................................................................................... Error! Bookmark not defined.

Diseño del elemento critico a compresión: ............................................................................................ 12

Columnas ............................................................................................................................................ 13

Diseño del elemento crítico a tracción. .................................................................................................. 13

Conclusiones en el diseño de cercha ...................................................................................................... 14

Diseño final recomendado ......................................................................... Error! Bookmark not defined.



IntroducciónEn el presente informe se detalla el proceso de cálculo para el diseño de la estructura de techo para una

cubierta.

La cubierta estará fabricada con Losacero calibre #22.

El techo tiene un ancho máximo de 14m y un largo de 15m. Las vigas principales (cerchas) tendrán 14m

de luz, y están ubicados en 4 puntos. Separadas entre si una distancia máxima de 6m. Se puede apreciar

el arreglo en la figura:



Calculo de carga de cubierta

Peso de la losacero

El peso de la Losacero 1.5” calibre 22 (0.7mm) es de 5.68 kg por metro lineal.



La cubierta posee en total 465ml de losacero, para un peso total de 2641 kg



Carga por velocidad del viento

Según las normas de diseño, para cubiertas con una inclinación mayor o igual a 10%, se debe diseñar

una sobrecarga de viento no menor a 50 kg/m2, por lo cual se tomará este valor para el diseño.

Ya que el techo presenta un área de 354 m2, la carga por acción del viento es:

Cv=354m2*50kg/m2=17700kg

Carga por lluvia

De acuerdo a los records históricos de precipitaciones en Cabimas la precipitación mas alta en una hora

fue de 54mm de agua, considerando que se tiene en la cubierta una inclinación de 10% y asumiendo que

la misma es suficiente para desalojar agua hasta 30mm. La carga por peso del agua se puede estimar en:

Área de techo*altura del agua*densidad del agua=peso de agua sobre la cubierta

354m2*0.03m*1000kg/m3=30kg

El valor de 30kg de agua se considera despreciable respecto al resto de las cargas consideradas en este

estudio. Por lo cual no se tomará en cuenta.

Factorizado de Cargas de la cubierta

En concordancia con las normas se factorizan las cargas para obtener el valor de carga de diseño, y se

verifica la condición crítica.

Cargas Muertas:

Carga de losacero=2641 kg

Total cargas muertas (D) = 2641kg

Cargas Variables:

Carga del viento (W)=17700 kg

U=1.4D 1.4*(2641kg)=3698kg

U=1.2D+1.3W 1.2*(2641kg)+1.3*(17700kg)=26179.2 kg

La condición de carga crítica, y por tanto de diseño será de 26180 kg.

Vale destacar que los pesos derivados a los materiales para las correderas se tomarán en cuenta

durante el análisis de las mismas; y las armaduras (cerchas) son autoportantes, por cuanto se

toma en cuenta son las cargas mucho mayores al peso de los elementos de la misma.



Diseño de los travesaños (Correderas)La separación entre las correderas se determinó de acuerdo a las recomendaciones del fabricante de la

cubierta (losacero-http://www.lamigal.com/losacero/laminas-losacero-acero-galvanizado.html) para

tener un soporte efectivo del mismo. La distribución de las correderas se muestra en la siguiente figura:

Las correderas se encuentran espaciadas

cada 150cm entre centros.

La longitud máxima de la cercha es de 15m,

por lo tanto:

Se tienen 11 Correderas distribuidas sobre

las cerchas.

Cargas sobre las correderas

La carga de diseño definida en la sección

anterior es de 26180 kg aplicados sobre

todo el área del techado, ya que se tienen 11 correderas la carga se distribuye uniformemente sobre

estas:

26180kg/11= 2380kg por cada corredera.

La longitud máxima de una corredera es de 23.622m, por lo cual estará actuando sobre esta una carga

distribuida de:

2380kg/23.622m= 100.75kg/m (0.988 N/mm)



La distribución de las correderas sobre las cerchas se muestra en la siguiente figura; y se puede

identificar la condición apoyo crítica en la corredera con mayor distanciamiento entre apoyos:



Diseño a flexión de la corredera

Ingreso al programa de cálculo de las variables de la corredera.

Datos de la sección

Section Properties

Prop SectionArea(cm

2)

Iyy (cm

4)

Izz (cm

4)

J(cm

4)

Material

1 TUB12060 8.581 55.109 160.998 129.537 -

Resultados

Reactions

Horizontal Vertical Horizontal Moment

Node L/CFX(kg)

FY(kg)

FZ(kg)

MX(kNm)

MY(kNm)

MZ(kNm)

1 1:LOAD CASE 1 0.000 283.141 0.000 0.000 0.000 0.000

2 1:LOAD CASE 1 0.000 437.823 0.000 0.000 0.000 0.000

3 1:LOAD CASE 1 0.000 -72.383 0.000 0.000 0.000 0.000

4 1:LOAD CASE 1 0.000 11.844 0.000 0.000 0.000 0.000

5 1:LOAD CASE 1 0.000 -2.817 0.000 0.000 0.000 0.000

6 1:LOAD CASE 1 0.000 0.391 0.000 0.000 0.000 0.000

Momento flector y Deflexión:

Beam Combined Axial and Bending Stresses Summary

Max Comp Max Tens

Beam L/CLength

(m)Stress

(N/mm2)

d(m)

Corner Stress

(N/mm2)

d(m)

1 1:LOAD CASE 1 3.760 83.550 1.567 1 -83.550 1.567

2 1:LOAD CASE 1 3.330 62.959 0.000 3 -62.959 0.000

3 1:LOAD CASE 1 5.000 13.597 0.000 1 -13.597 0.000

4 1:LOAD CASE 1 5.000 3.598 0.000 3 -3.598 0.000

5 1:LOAD CASE 1 5.810 0.830 0.000 1 -0.830 0.000

Beam Maximum Relative Displacements

Distances to maxima are given from beam end A.



Beam Node ALength

(m)L/C

y(mm)

d(m)

z(mm)

d(m)

Res(

1 1 3.760 1:LOAD CASE 1 -8.930 1.880 0.000 0.000

2 2 3.330 1:LOAD CASE 1 2.940 1.388 0.000 0.000

3 3 5.000 1:LOAD CASE 1 -1.354 2.083 0.000 0.000

4 4 5.000 1:LOAD CASE 1 0.373 2.083 0.000 0.000

5 5 5.810 1:LOAD CASE 1 -0.146 2.421 0.000 0.000

Análisis de resultados para corredera

De acuerdo a los resultados obtenidos, el perfil que se adecúa a los requerimientos es:

Tubo rectangular CONDUVEN ECO 120x60, espesor de pared 2.5mm (peso: 6.7kg/m)

Se presenta en el estado de carga límite una deflexión en la región con mayor luz entre apoyos de

18mm.

Diseño de la armadura (cercha)La armadura tiene por solicitud del cliente una forma como se muestra a continuación, con fines

estéticos:

La luz de poyo de la armadura máxima es de 14.4m

Se diseñará una armadura de 15m de longitud, con una altura máxima de 0.8m.

Se diseñará de manera que cada una de las correderas coincida con los nodos de la estructura.

Carga sobre la armadura

Las cargas máximas ocurren en la segunda armadura, que de acuerdo a los datos de la sección anterior

de este informe la reacción mayor ocurre en esta posición.



La armadura, por tanto, estará sometida a 21 cargas puntuales con una magnitud de 5999 N (612 kg)

La geometría de la armadura se muestra en la siguiente figura:

3.1

3.2 [N]

3.3 Mo [Nm]

3.4 y [mm]

3.5 sb [MPa]

3.6 m [kg]

3.7 Lmax [mm]

3.8 y' [%]

Bending stress Min. / Max.

Weight of the beam

926.0

R5R1 R2 R4

1982.225999.76

0.259

Max. length of the free end (buckling).

161.6

-56.6 49.1

2820.39 5416.03

3386.01

1.786

R3

Beam deflection Min. / Max.

-3906.68

-18.765

Reaction in supports

Bending moment Min. / Max.

2309.65

Relative beam deflection Max.

Support number from left

47°

0.7500

0.7500

0.8000

1.0966



Del análisis estático de la armadura se recogieron los siguientes datos:

Las reacciones en las columnas son de 6426 Kg

Los elementos críticos para la estructura se encuentran en el centro de la misma.

En la zona superior los elementos se encuentran a compresión, y en la zona inferior a tracción.

Todos los elementos diagonales se encuentran a compresión, y los críticos están en los bordes. En la siguiente figura se muestran los elementos y la carga que soportan (azul compresión, rojo

tensión):

Diseño del elemento critico a compresión:

Existen dos elementos sujetos a compresión que deben ser analizados, el del plano superior por lacantidad de carga, y el del extremo por longitud.

Elemento #1:

Ubicación: Plano superior.

Longitud del elemento: 0.75m

K (criterio de pandeo para elementos en el plano de la celosía)=0.9

KL=0.675

Carga requerida=28.4 Ton

o CONDUVEN ECO 100x100-e: 3.00… Capacidad de carga 31.98 Ton > 28.4 Ton… OK El resto de los elementos que se encuentran a compresión tienen longitud menor y soportan

menor carga. Por lo cual se recomienda este tubo para todas las aplicaciones.

Tabla de capacidad por Conduven ECO.

Elemento #2:

Ubicación: Sección diagonal

Longitud del elemento: 1m

K (criterio de pandeo para elementos en el plano de la celosía)=0.9

KL=0.9


o CONDUVEN ECO 60x60-e:2.25… Capacidad de carga 13.06 Ton > 7.9 Ton… OK


28401 kg7969 kg

28688 kg5202 kg



Columnas

Se verifica la carga en las columnas, para sección mínima:

Ubicación: Columna

Longitud del elemento: 4m

K =0.8

KL=3.2


o CONDUVEN ECO 90x90-e:2.5… Capacidad de carga 13.94 Ton > 6.4 Ton… OK


Diseño del elemento crítico a tracción.

Los elementos a tracción existen en el plano inferior y en cada una de las piezas verticales entre el plano

superior e inferior.

Elemento #1



Ubicación: Plano inferior.



o CONDUVEN ECO 100x100-e:3.00…Capacidad de carga a tracción 33.47 Ton > 28.688

Ton… OK

El resto de los elementos que se encuentran a tracción soportan menor carga. Por lo cual se

recomienda este tubo para todas las aplicaciones.


Elemento #2

Ubicación: Travesaños verticales.



o CONDUVEN ECO 60x60-e:2.25…Capacidad de carga a tracción 14.86 Ton > 5.2 Ton… OK

El resto de los elementos que se encuentran a tracción soportan menor carga. Por lo cual serecomienda este tubo para todas las aplicaciones.


Conclusiones en el diseño de cercha

De acuerdo a la evaluación realizada se entregan las siguientes conclusiones:



Ya que para las cargas solicitadas el tubo de sección 60x60x2.25 cumple con todos los requerimientos,

se recomienda lo siguiente:

Utilizar Tubo cuadrado 60x60x2.25 en todos los elementos diagonales.

Utilizar Tubo cuadrado 60x60x2.5 en todos los elementos internos verticales.

Utilizar Tubo cuadrado 100x100x3.0 en los elementos continuos superior e inferior. La decisión de utilizar un perfil de mayor sección o espesor será a consideración del constructor,

deberá guiarse por los lineamientos establecidos en este informe, y a sus capacidades para la

elaboración de las actividades.

Las columnas deben ser de mínimo, perfil CONDUVEN ECO 90x90-e:2.50



Materiales para cubierta

Losacero

Lamina de losacero 15 (1.5” de altura). Sección útil 762mm. Long. 6100mm

31 filas con dos laminas enteras y medialamina adicional.

31*(2.5)=78 pzas

Cantidad de láminas para cubierta: 78 Pza

Volumen de concreto para cubierta

El volumen de concreto total para 68mm desde la base de la losacero como se muestra es de 15.5m3

Acero para correderas

Tubo rectangular CONDUVEN ECO 180x65, espesor de pared 4mm (peso: 14.45kg/m)

Cantidad: 480m (para tubos de 6m de longitud, 80 Pzas)

Acero para armadura (cercha)

Materiales para una (1) cercha

135x135x4.3 - 6 tubos 6m

90x90x2.5 (diagonales) - 4 tubos 6m

90x90x2.5 (verticales internos) - 3 tubos 6m



Materiales para cuatro (4) cerchas

135x135x4.3 - 24 tubos 6m

90x90x2.5 (diagonales) - 14 tubos 6m

90x90x2.5 (verticales internos) - 12 tubos 6m

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