MEMORIA DE CALCULO
ESTRUCTURAL
Proyecto
: Nuevas Oficinas Gerencia de Mantenimiento
Cliente
: Empresa Siderurgica del Perú – SIDERPERU
Contratista
: EPINSAC.
Ubicación
: Chimbote, Del Santa, Region Ancash
CONTENIDO
1. GENERALIDADES
-
Objetivo
-
Descripción de la estructura a instalar
-
Normatividad
2. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN.
-
Análisis de Desplazamiento
-
Verificación de esfuerzos
3. CARACTERÍSTICAS DE LA ESTRUCTURA.
-
Característica de los materiales.
-
Resumen del tipo de refuerzo
4. ESTADOS DE CARGAS.
-
Cargas por peso propio
-
Cargas Vivas
-
Cargas de Viento
5. ANALISIS Y DISEÑO DE VIGUETA METALICA.
5.1. Introducción de datos al SAP
5.2. Análisis
6. ANALISIS Y DISEÑO DE TIJERAL METALICO.
6.1 Datos generales de la Estructura
6.2 Diseño de Tijeral Metálico M-01
6.2.1 Predimensionamiento
6.2.2 Estados de carga
6.2.3 Metrados de Carga
6.2.4 Combinaciones de Carga
6.2.5 Análisis
6.2.6 Diseño de Elementos de acero
Diseño de elementos en compresión
Diseño de elementos en tracción
1. GENERALIDADES
Objetivo: La finalidad del presente documento es realizar los cálculos justificativos del diseño estructural de
las Estructuras Metálicas: COLUMNA, TIJERAL y VIGUETA de la COBERTURA.
Descripción de la Estructura
La estructura a calcular es:
-
Un tijeral plano de tubo de 2”x2”,e=2.5cm, con una luz de L=12.33m
-
Vigueta metálica de 5.74m de luz, 0.40m de peralte, 0.125m de ancho, con perfil de
1”x1”x3/16”, con tejido de varilla de D=1/2”, brida inferior de D=5/8”.
NORMATIVIDAD
Se considera en la VERIFICACION ESTRUCTURAL la normatividad:
o RNE 2009, Capítulo E020 Cargas.
o RNE 2009, Capítulo E090 ACERO
2. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Análisis de desplazamientos: Se verificará los desplazamientos obtenidos en el programa SAP2000
V15.00 tomando como referencia los establecidos en la Norma correspondiente.
Verificación de esfuerzos: Entre los parámetros que intervienen en la VERIFICACIÓN
ESTRUCTURAL se encuentran la resistencia al corte, flexión, carga axial en los perfiles de la cobertura.
Se ha considerado para su diseño cargas propias, cargas vivas, cargas de viento.
3. CARACTERÍSTICAS DE LA ESTRUCTURA
Características de los materiales:
o Módulo de Elasticidad del concreto E = 2173700.0 Kg/cm2
o Resistencia a la fluencia del acero grado 60, fy = 4200 Kg/cm2
o
Perfiles Laminados, ASTM A36, Fy= 36 KSI
Elementos de Acero:
Vigueta de L1”x1”x3/16”, tejido de Ø1/2”, brida inferior Ø5/8”
4. ESTADOS DE CARGAS
Cargas por peso propio:
Son cargas provenientes del peso de los materiales, luminarias, instalaciones, etc.
Cargas vivas:
Cargas que provienen de los pesos no permanentes en la estructura, y de montaje.
Cargas producidas por viento:
Análisis de las cargas producidas por la acción de ráfagas de viento sobre la estructura metálica.
P=Cq x Cr x q (Kg/m2)
Donde:
P = Presión del viento
Cp= Coeficiente de presión
Cr= coeficiente de ráfaga
q= presión dinámica
Cp= Cpe - Cpi
q= 0.005 v
2(kg/m2)
j
A
B
C
D
E
F
0°
0.9
-0.5
-0.7
-0.7
*
-0.7
90°
-0.1
-0.7
0.9
-0.5
-1
-1
E
F
+
Coeficiente de presión exterior Cpe
Resumen de Cargas:
oCargas Muertas (WD):
Peso propio de concreto armado
= 2400
Kg/m3
Cobertura
= 5 kg/m2.
Sistema de Luminarias cenital = 1 Kg
.
oCargas Vivas (WL):
Sobrecarga de cobertura =
30
Kg/m2
oCargas de Viento (W):
Se toma de referencia la Norma E.020 y ASCE 7-98.
5. ANALISIS Y DISEÑO DE VIGUETA METALICA
5.1
Introducción Gráfica de Cargas al SAP2000:
Debido a que el programa SAP2000 hace la distribución automática de las cargas muertas de perfiles, se
introdujeron las cargas vivas por metro cuadrado sobre la cobertura.
q
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Cpe
-1
-0.8
-0.4
0
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
* Coef. Presión Cpe para la cubierta de barlovento E
j=0
j=90
n
±0.3
±0.4
0%
0.8
-0.5
-0.5
-0.5
-0.5
-0.5
-0.5
n= porcentaje de abertura en el muro
>30%
Coeficiente de Presión interior: Cpi
Abertura uniformemente distribuidas
Abertura predominantes en el lado A
Abertura predominantes en el lado B
Abertura predominantes en el lado C
Abertura predominantes en el lado D
Se aprecia en las siguientes figuras las cargas sobre la cobertura
Carga Muerta 5 kg/m2 (0.85 Kg por Nudo de vigueta)
Carga de Viento para una velocidad de 65 kmph
4Kg por Nudo en barlovento
6Kg por Nudo en sotavento
5.2
Analisis
De acuerdo al estudio realizado, se observaron algunos puntos críticos en la estructura, los cuales serán
analizados en esta sección para determinar que se cumpla con lo exigido en el Reglamento Nacional de
Edificaciones.
Geometría de la Vigueta 1
5.3
Introducción de datos al SAP2000
Combinaciones de Cargas Empleadas:
Las combinaciones de cargas usadas para encontrar la envolvente de esfuerzos sobre los elementos de la
estructura son las siguientes:
COMB1
:
1.4 D
COMB2
:
1.25 D +1.60 L
COMB3, COMB4
:
1.25 D + 1.60 L ± 0.8W
COMB5, COMB6
:
1.25 D + 0.5 L ± 1.3W
COMB7, COMB8
:
0.9D ± 1.3W
Donde:
D: Carga permanente.
L: Carga Viva.
W: Viento.
5.4
Verificación de Estructuras Metálicas
CARACTERISTICAS DE MATERIALES
Las propiedades mínimas para los materiales considerados en este estudio son los
siguientes:
Acero Estructural
Perfiles Laminados, ASTM A36
Fy=
36 kip
CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO
La selección de los elementos se hizo considerando el método de Diseño LRFD
considerado en AISC 2005, Manual of Steel Construction Allowable Stress Design.
American Institute of Steel Construction.
Para el cálculo estructural con la geometría en 3D de la planta, se utilizó el software
SAP2000.
Reporte L1”x1”x3/16”:
Se presenta el reporte del elemento más esforzado.
El elemento es adecuado tiene un ratio de 0.102
Reporte tejido varilla lisa de Ø1/2”
DETALLE 3
DETALLE 1 DETALLE 1
DETALLE 2
El elemento es adecuado tiene un ratio de 0.761
El elemento es adecuado tiene un ratio de 0.338
6.1
DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA
CONFIGURACION GENERAL - TECHO METALICO
6.1.1 ESPECIFICACIONES- MATERIALES EMPLEADOS:
6.1.2 ESTRUCTURACION
ARCOS METALICOS: El tipo de miembros estructurales empleados son varillas de acero liso y corrugado, con las siguientes caracteristicas:
Nro Diametro (Ø) Peso Area Perimet
ro Barra pulg. cm. kg/m cm2 cm # 2 1/4" 0.64 0.2483 0.32 1.99 # 3 3/8" 0.95 0.5586 0.71 2.99 # 4 1/2" 1.27 0.9931 1.27 3.99 # 5 5/8" 1.59 1.5518 1.98 4.99 # 6 3/4" 1.91 2.2346 2.85 5.98 # 7 7/8" 2.22 3.0415 3.88 6.98 # 8 1" 2.54 3.9726 5.07 7.98 # 9 1 1/8" 2.86 5.0278 6.41 8.98 # 10 1 1/4" 3.18 6.2072 7.92 9.97 # 11 1 3/8" 3.49 7.5107 9.58 10.97 # 12 1 1/2" 3.81 8.9383 11.40 11.97 # 13 1 5/8" 4.13 10.49 13.38 12.97 # 14 1 3/4" 4.45 12.166 15.52 13.96 # 15 1 7/8" 4.76 13.966 17.81 14.96 # 16 2" 5.08 15.89 20.27 15.96 # 17 2 1/8" 5.40 17.939 22.88 16.96 # 18 2 1/4" 5.72 20.111 25.65 17.95
COLUMNAS METALICAS: Los miembros estructurales empleados son tubos cuadrados huecos. En el cálculo se interactua probando diversas secciones del grupo definido en el cuadro "Auto Selection Sections " mostrado abajo. En el cuadro "Box/Tube Section " se muestra las propiedades de una de las secciones de dicho grupo.
6.2
DISEÑO DE TIJERAL METALICO "T - 01"
6.2.1 PRE-DIMENSIONAMIENTO :
Se asume en todos los elementos: A = 10.00 cm2
6.2.2 ESTADOS DE CARGAS:
Identificando los tipos de cargas intervinientes en cada direccion de la Estructura:
NTE E.020 - TABLA 1: :CARGA VIVA DE TECHO (Lr):
WLr = 30.00 kg/m2
CARGAS LATERALES (SENTIDO LONGITUDINAL): CARGAS DE VIENTO (W):
NTE E.020 - Art. 12 →: V h = V(H/10) Viento en Arcos metalicos:
V = 50.00 km/h H ≈ 5.00 m (alt. prom. desde terreno) VH = 50.00 km/h θ = 12.940 ° (pendiente promedio de la superficie - zona de baja pendiente) θ = 36.950 ° (pendiente promedio de la superficie - zona de alta pendiente)
NTE E.020 - TABLA 4 → Ph = 0.005(C) (V h 2 )
donde:
Ph = Presión o succión del viento a una altura “h” perpendicular a la superficie, para "h"> 10m (kg/m2)
C = factor de forma adimensional (de tabla izquierda)
BARLOVENTO
: Considerando presion: C = 0.8 ρh = 10.00 kg/m2 (en arcos)
Considerando succion: C = -0.8 ρh = -10.00 kg/m2 (en arcos)
SOTAVENTO Se tiene succion: C = -0.5 ρh = -6.25 kg/m2 (en arcos)
CARGAS LATERALES (SENTIDO TRANSVERSAL): CARGAS DE SISMO (E):
6.2.3 METRADOS DE CARGAS:
CARGA MUERTA (PD): P D = (W D )(A)(B)/n , PD = 60.00 kg
CARGA VIVA DE TECHO (PLr): P Lr = (W Lr )(A)(B)/n PLr = 180.00 kg
CARGA DE VIENTO (W) - ARCOS: P W = (ρ h )(A)(B)/n
CARGA DE SISMO (E) - COLUMNAS:
SISMO DINAMICO: Se aplica el Espectro de Seudo Aceleraciones definido en el Item anterior
SISMO ESTATICO: repartiendo la carga total V = 525.20 kg proporcionalmente a cada columna:
V = 262.60 kg (en columnas de extremos)
6.2.4 COMBINACIONES DE CARGAS:
Especificacion A-4.1 LRFD - 99:
(se entiende que "W" y "E" corresponden
6.2.5 ANALISIS ESTRUCTURAL:
NUMERACION DE NUDOS Y BARRAS
ESTADO - CARGA VIVA DE TECHO (PLr)
ESTADO - CARGA DE VIENTO (PWp-s)
ESTADO – DISEÑO DE SECCION
ESTADO – FUERZAS CORTANTES POR ENVOLVENTE REPORTE DE DISEÑO DE TIJERAL TUBO 2”X2”X2.5MM
