Memoria de Calculo de Estructuras Metalicas

MEMORIA DE CALCULO DE ESTRUCTURAS METALICAS

1. ALCANCES

El alcance del presente informe es sustentar el diseo de las estructuras metlicas utilizadas a construirse en este proyecto.

De acuerdo a lo anterior, los principales objetivos son los siguientes:

Establecer las solicitaciones de cargas mximas a considerar en el diseo.

Definir las normas y reglamentos que regirn el diseo estructural.

Establecer criterios de diseo estructural de acuerdo a las buenas prcticas de la ingeniera.

2. CODIGOS Y NORMAS

Publicacin AISC: American Institute of Steel Construction.

Materiales:American Society for Testing and Materials (ASTM)

AISC edition 2011:Manual of Steel Construction Allowable Stress Design. American Institute of Steel Construction.

Publicacin ASCE: American Society if Civil Ingineers

3. CARACTERISTICAS DE MATERIALES

Las propiedades mnimas para los materiales considerados en este estudio son los siguientes:

Acero Estructural

Estructura en ASTM A36:Fy= 36.0 ksi.

4. CRITERIOS DE CLCULO

4.1. Determinacin de cargas actuantes en prticos y criterios de clculo:

Los prticos conformados por columnas y vigas de seccin cuadrada son del tipo reticulado.

Se considera la aplicacin de todos los estados de cargas actuantes en los puntos de conexin de las cadenas de aisladores (nodos).

Cada nodo contar con la aplicacin de tres cargas: carga longitudinal, carga vertical y carga transversal.

Las cargas actuantes en la estructura nueva se considera las calculadas en los diagramas de prticos del presente proyecto.

El modelo analizado en 3D considera los nodos articulados.

Se considera que el viento acta en la cara frontal y transversal de incidencia del prtico de lneas y barras.

El peso de la estructura utilizado en el clculo es el que se asigna al software especializado con la variable Pp de acuerdo a la configuracin de la estructura.

Para el anlisis estructural se realiz en un modelo tridimensional con el programa SAP2000.

Todos los elementos del sistema estructural se encuentran convenientemente arriostrados para garantizar la estabilidad del prtico.

4.2. Mximas Relaciones de Esbeltez Admisibles.

Los valores lmites de relacin de esbeltez considerados en el diseo son:

Relacin de esbeltez de los elementos a compresin:

L/r= 120 para miembros principales sometidos a compresin (montantes).

= 200 para otros miembros (diagonales).

= 250 para miembros redundantes sin refuerzos calculados.

= 350 para miembros sometidos slo a tensin

4.3. Deflexiones Admisibles de Columnas y Vigas.

El diseo de las columnas y vigas de prticos debe limitar el desplazamiento mximo para las condiciones de cargas de servicio ms crticas (sin factor de sobrecarga).

Deflexiones mximas horizontales en Columnas: H/200

Deflexiones mximas horizontales en Vigas : L/250

Deflexiones mximas verticales en Vigas: L/300

Descripcin de dimensiones de prtico:

H: Altura de la estructura de columnas para prticos.

L: Longitud de la estructura de viga para prticos.

5. SELECCIN DE PERFILES

5.1. Elementos a Compresin.

Con el reporte emitido por el software especializado se obtienen las cargas de compresin para las hiptesis de cargas crticas para todos los elementos de la estructura analizada.

Para la seleccin de los perfiles se sigue los procedimientos indicado por el Manual N52 de la ASCE.

Con los datos de los elementos y los resultados de cargas se procede a verificar el pandeo por compresin y la rigidez del elemento.

Relacin de Esbeltez

Cc = 126Para ASTM A36

Cc = 107Para ASTM A572 grado 50

La fuerza axial admisible ser:

Para:

Si Pc es la fuerza de compresin sobre el elemento, se debe verificar que:

Donde:

E: Modulo de elasticidad.

Fy: Esfuerza de fluencia del material.

A: rea del perfil analizado

Cc: coeficiente limite de esbeltez.

Esto siempre que:

fy en ksi

ASTMA A-36

acero ASTMA A572 grado 50

Sustituye fy por Fcr.

Donde:

La verificacin de los elementos es analizado para los siguientes radios de giro:

radio de giro eje mnimo o eje alrededor del eje medio Z-Z

5.2. Elementos a Traccin:

Del anlisis con el software se obtienen las cargas de Traccin para las combinaciones de las cargas crticas para todos los elementos de la estructura.

El esfuerzo a la Traccin es el mnimo esfuerzo permisible garantizado. El rea neta de corte transversal del miembro de la estructura ser usada cuando se calcule el esfuerzo a la tensin (suma de los productos de los espesores y el ancho de cada elemento como medida normal al eje del elemento) menos la prdida de agujeros u otras aberturas de seccin.

Si existiera una cadena de agujeros en forma diagonal o lnea zigzag, el ancho neto de un elemento deber ser determinado por la suma de los dimetros de todos los agujeros en la cadena y adicionar cada espacio gauge en la cantidad equivalente.

Donde:

s: espacio longitudinal (de dos agujeros consecutivos)

g: espacio tranversal gauge 8de dos agujeros consecutivos)

El esfuerzo de Tensin para un area neta plana (lnea cadena recta) deber ser:

Donde:

Ft: Esfuerzo de tensin

Fy: esfuerzo de fluencia el material

An: rea neta de la seccin tranversal

Si el centroide de los agujeros en la conexin est conectado fuera de gravedad del elemento la conexin deber ser chequeada por:

Donde:

Ft: Esfuerzo de tensin

Fy: esfuerzo de fluencia el material

Fu: esfuerzo de tensin en el elemento

Av: rea mnima de corte neta

At: rea mnima de tensin

La verificacin de los elementos es analizado para los siguientes radios de giro:

radio de giro eje mnimo eje alrededor del eje medio Z-Z

6. DISEO DE PORTICO 12m

6.1. CONFIGURACION ESTRUCTURAL DEL PORTICO 12m

6.1.1. Dimensionamiento del Prtico 12m

6.1.2. Esquema 3D de la estructura en SAP

El esquema se muestra en lneas de colores que representa un tipo de perfil para el anlisis de esfuerzos del programa SAP2000.

6.1.3. Perfiles del prtico


6.2. CARGAS CONSIDERADAS PARA EL DISEO

Estas cargas son extradas del diagrama de cargas del prtico, son consideradas por acciones de los conductores, cable de guarda y cadena de aisladores sometidos a diferentes condiciones normales y excepcionales especificado en el plano en mencin.

6.3. CARGA DE SISMO

La carga ssmica que puede presentarse sobre los elementos de la estructura del prtico que comprenden, se calcula mediante la siguiente ecuacin:

Donde:

S:El esfuerzo al que se encuentra sometido un elemento al ocurrir un sismo, este esfuerzo puede ser vertical u horizontal, dependiendo del coeficiente s a emplearse para el clculo.

C:Valor de espectro de aceleraciones de diseo (vertical u horizontal) para un periodo de vibracin dado; este valor se expresa como una fraccin de la aceleracin de la gravedad (CH = 0,5 y CV = 0,3)

W:Es el peso del elemento sometido a los esfuerzos por sismo.

6.3.1. Espectro de sismo utilizado

El espectro de sismo a utilizarse se calcul mediante los siguientes factores

6.4. DISEO DE ESTRUCTURA PRINCIPAL

6.4.1. COMBINACIONES DE CARGAS

Las cargas se aplicarn en el prtico de estructura metlica han sido diseadas para combinacin ms crtica segn plano de diagrama de cargas. Para los eventos de carga se establecen con las combinaciones de peso propio, viento, tiro, sismo horizontal y vertical.

Para el Diseo de Cargas con Factores de Sobrecargas, los tipos de Combinaciones de Cargasse detallan a continuacin:

1) Pp + Ce + Wx

2) Pp + Ce + Wy

3) Pp + Ce + Sx

4) Pp + Ce + Sy

6.5. RESULTADO DE DEMANDA CAPACIDAD DE PORTICO

El anlisis y diseo de la estructura metlica de acero se lleva a cabo mediante el programa de elementos complejos finitos SAP2000 (versin 14.1). Vista referencial del modelo se presenta el Diagrama de Razn Demanda-Capacidad de Prticos.

6.6. DIMENSIONADO DE PERFILES PARA COMBINACIONES MAS DESFAVORABLES O LA QUE ES MANDATORIO EN EL ANALISIS DEL PROGRAMA SAP 2000.

MONTANTE L3x3x1/4 (Columna)

El perfil ms esforzado est trabajando al 73.0 % de su resistencia mxima a la flexo compresin, por lo tanto el resultado es satisfactorio.

7. DISEO DE TRUZCO 12m

7.1. CONFIGURACION ESTRUCTURAL DEL PORTICO 12m

7.1.1. Dimensionamiento del Truzco 12m



7.1.3. Perfiles del Truzco




7.3. CARGA DE SISMO


Donde:








Las cargas se aplicarn en la estructura metlica han sido diseadas para combinacin ms crtica segn plano de diagrama de cargas. Para los eventos de carga se establecen con las combinaciones de peso propio, viento, tiro, sismo horizontal y vertical.


5) Pp + Ce + Wx

6) Pp + Ce + Wy

7) Pp + Ce + Sx

8) Pp + Ce + Sy

7.5. RESULTADO DE DEMANDA CAPACIDAD DEL TRUZCO


7.6. DIMENSIONADO DE PERFILES PARA COMBINACIONES MS DESFAVORABLES O LA QUE ES MANDATORIO EN EL ANALISIS DEL PROGRAMA SAP 2000.

MONTANTE C 0.40m x 0.10m x 3/8 (Columna)

El perfil ms esforzado el cual pasa su resistencia mxima a la flexo compresin, por lo tanto el resultado es satisfactorio.

8. DISEO DE TORRE AP 20m

8.1. CONFIGURACION ESTRUCTURAL DE LA TORRE AP 20m

8.1.1. Dimensionamiento de la torre AP 20m



8.1.3. Perfiles de la torre




8.3. CARGA DE SISMO


Donde:










9) Pp + Ce + Wx

10) Pp + Ce + Wy

11) Pp + Ce + Sx

12) Pp + Ce + Sy

8.5. RESULTADO DE DEMANDA CAPACIDAD DE LA TORRE


8.6. DIMENSIONADO DE PERFILES PARA COMBINACIONES MAS DESFAVORABLES O LA QUE ES MANDATORIO EN EL ANALISIS DEL PROGRAMA SAP 2000.



9. DISEO DE TORRE SP 24m

9.1. CONFIGURACION ESTRUCTURAL DE LA TORRE SP 24m

9.1.1. Dimensionamiento de la torre SP 24m



9.1.3. Perfiles de la torre




9.3. CARGA DE SISMO


Donde:










13) Pp + Ce + Wx

14) Pp + Ce + Wy

15) Pp + Ce + Sx

16) Pp + Ce + Sy

9.5. RESULTADO DE DEMANDA CAPACIDAD DE LA TORRE


9.6. DIMENSIONADO DE PERFILES PARA COMBINACIONES MS DESFAVORABLES O LA QUE ES MANDATORIO EN EL ANALISIS DEL PROGRAMA SAP 2000.



Fy

Cc

r

KL

F

a

-

=

2

2

5

.

0

1

2

2

=

r

KL

E

F

a

p

A

F

F

a

adm

>

para

fy

t

w

..........

..........

80

para

ite

t

w

).......

(lim

33

.

13

para

ite

t

w

).......

(lim

1

.

11

[

]

si

fy

t

w

Fcr

.......

..........

)

/

80

(

)

/

(

677

.

0

667

.

1

-

=

fy

t

w

fy

144

80

Memoria de Calculo de Estructuras Metalicas

Documents

Transcript of Memoria de Calculo de Estructuras Metalicas