DISEÑO EN ACERO DE EDIFICIO

Universidad Nacional de San Agustin Diseño en Acero y Madera

DISEÑO EN ACERO DE EDIFICIO

1.- Especificaciones para diseño:

En el siguiente trabajo presentamos el diseño estructural en acero A-36 de un edificio el cual presenta las siguientes especificaciones tanto para carga viva, carga muerta y carga ocasionada por sismo que fueron usadas para el diseño respectivo:

- Número de pisos: 10 pisos- Altura de piso: 3.5m- Número de paños: 4- Longitud de paño: 6.5m- Ubicación: Lima- Uso: Biblioteca- Suelo: Intermedio- Carga muerta: 6tonf/m- Carga viva: 40%CM = 2.4tonf/m

Para el cálculo estructural se uso el programa SAP2000 v14 el cual nos arrojo las fuerzas axiales y los momentos actuantes en cada elemento estructural de la edificación, para lo cual tomamos los estados más críticos.

En el caso de las columnas el diseño se avoca a compresión, y en las vigas a flexión, a continuación procedemos a presentar la memoria de cálculo respectiva.

2.- Memoria de cálculo:

Valor máximo de fuerza axial a compresión:

Valor máximo de momento:

Para el cálculo de las fuerzas ejercidas por un efecto sísmico, consideramos el estado estático, entonces a continuación, de acuerdo a las condiciones del edificio, tenemos los siguientes cálculos realizados en MathCad:

Facultad de Ing. Civil 1

Pu 718.9 tonf

Mu 92.4tonf m



Lima en el mapa de zonas sísmicas del Perú, se encuentra ubicado en la zona 3.Por lo tanto tenemos que Z es igual a:

Z 0.4

Factor de Importancia U clasificado como edificación importante:

U 1.3

Ct 35m

s

Thn

Ct1s

C 2.5Tp

T

1.51.5 2.5 Ok

Factor del Suelo "S":

S 1.2 Suelo intermedio

Coeficiente de Reduccion de solicitaciones sísmicas "R":

R 9.5

Peso total de la estructura "P":

Peso por piso

Pc 6tonf

m6.5 m 4 156 tonf

P Pc 10 1.56 103 tonf

Finalmente, fuerza cortante en la base:

VZ U C S

RP 153.701tonf

C

R0.158

El coeficiente de amplificación Sísmica "C":

Tp 0.6s Suelo intermedio



hn 35m altura total del edificio

Distribución de la fuerza Sísmica en altura:

a 0.071

s

Fa a T V 10.759tonf

Condición: 0.15V 23.055tonf

18.001tonf 38.573tonf Ok



Entonces la distribución de la carga en cada nivel sera, sabiendo que la estructura tiene 10 pisos:

Tenemos la siguiente ecuación, de acuerdo a la normal E 030 de DiseñoSismoresistente:

FiPi hi

1

n

j

Pj hj( )

V Fa( )Pi

Donde:

Pi: Peso del nivel "i"hi: altura del nivel "i" con respecto al suelo

Peso de cada nivel

Pn 6tonf

m6.5 m 4 156 tonf

Cálculo del denominador de la ecuación:

h 3.5m altura de piso

1

10

n

h n( )

192.5m

Pt 192.5m Pn 3.003 104 tonf m


Con estos ya tenemos las fuerzas más críticas de acuerdo al análisis desarrollando en el programa SAP2000


Fuerzas sísmicas

Fs

hi h i

FiPn hi

PtV Fa( )

Fsi 1 0 "Fuerza Sísmica en el nivel"

Fsi 1 1 Fi

i 1 10for

Fs

Fs

0 1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

"Fuerza Sísmica en el nivel" 2.599










tonf



Sección que podemos escoger es: W14x211 para columnas

Tiene las siguientes propiedades como tal:

Ag1 62.0in2

399.999cm2 área

Ix1 2660in4 rx1 6.55in

Iy1 1030in4 ry1 4.07in

l1 3.5m longitud de la columna

Sección que podemos escoger es: W14x132 para vigas

Tiene las siguientes propiedades como tal:

Ag2 38.8in2

250.322cm2 área

Ix2 1530in4 rx2 6.28in Zx2 234in

3

Iy2 548in4 ry2 3.76in

l2 6.5m longitud de la viga



Considerando el estado mas critico

la longitud efectiva:

Ga

Iy1

l1

Iy2

l2

3.491 Gb Ga 3.491

Yendo al monograma tenemos: k 1.9

Además de otros parámetros:

E 2.1 106

kgf

cm2

c 0.85 Factor de compresión

Fcrx 2

E

kl1

rx1

21.297 10

81

m2

kgf

Fcry 2

E

kl1

ry1

25.009 10

71

m2

kgf

Fcr min Fcrx Fcry( ) 5.009 103

kgf

cm2

Relación de esbeltez: k l1rx1

39.971

k l1ry1

64.327

cfy

Fcr0.711

c 1.5 1

Entonces: Fcr 0.658c

2

fy 2.048 10

3kgf

cm2

Pn c Fcr Ag1 767.514tonf

767.514tonf 718.9tonf



Diseño por flexión de las vigas:

Mp fy Zx2 106.94tonf m

b 0.9

Mu b Mp 96.246tonf m

96.246tonf m 92.4tonf m


3.- Esquematización de las conexiones:

Esta seria la disposición de los perfiles, los podemos unir con ángulos con pernos en las alas de las vigas y las columnas

4.- Conclusiones y Recomendaciones

- El edificio diseñado esta en la capacidad de soportar cargas provocadas por sismos

- El diseño por sismo tiene que ser tomado en cuenta ya que esta edificación se encuentra en una zona vulnerable dentro del mapa del Perú cabiendo resaltar que la costa peruana se encuentra dentro del circulo del fuego muy propenso a la presencia de sismos a causa de la incrustación de la Placa de Nazca

- Podemos recomendar arriostrar el edificio para evitar desplazamientos grandes y así poder optimizar más las secciones calculadas

- Recomendamos el diseño estructural de las conexiones para que estas estén en la capacidad de soportar cargas de sismo

5.- Planos y anexos



Diseño en Sap2000

Modelo tridimensional del edificio



Deformada a causa de las cargas

Diagrama de momentos



Diagrama de fuerzas axiales


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