Memoria de Cálculo
Galpón Industrial
Nombre: Pablo Uribe Cáceres Profesor: Pablo González M. Ayudante: Pablo González C. Fecha de 09 de Julio de 2015
1 INTRODUCCIÓN……….4 2 OBJETIVOS………..4 3 ANTECEDENTES………5 3.1 Documentos………..5 3.2 Planos……….…………5 4 DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA………6 5 BASES DE CALCULO………7
5.1 Normas y criterios de diseño………..7
5.2 Materiales………..7
5.3 Cargas de diseño……….8
5.4 Combinaciones de carga………27
5.4.1 Combinaciones de carga para diseño de elementos……….27
5.4.2 Combinaciones de carga para verificación de deformación……….28
5.5 Deformaciones admisibles………...….29
6 MODELACIÓN ESTRUCTURAL………..………..30
6.1 Descripción de la estructura……….………30
6.2 Resultados del modelo estructural………..33
6.2.1 Factores de utilización………33
6.2.2 Deformaciones……….36
7 ANEXOS……….37
LISTA DE FIGURAS 2
Figura 4-1 Descripción estructura...6
Figura 5-1: Peso propio costaneras...8
Figura 5-2: Peso propio revestimiento...9
Figura 5-3: Sobrecarga de techo...10
Figura 5-4: Sismo costaneras según dirección X...12
Figura 5-5: Sismo costaneras según dirección Y...13
Figura 5-6: Sismo costaneras según dirección Z...14
Figura 5-7: Sismo revestimiento según dirección X...15
Figura 5-8: Sismo revestimiento según dirección Y...16
Figura 5-9: Sismo revestimiento según dirección Z...17
Figura 5-10: Sismo marco X...18
Figura 5-11: Sismo marco Y...19
Figura 5-12: Sismo marco Z...20
Figura 5-13: Sismo lucarna X...21
Figura 5-14: Sismo lucarna Y...22
Figura 5-15: Sismo lucarna Z...23
Figura 5-16: Carga de viento izquierda-derecha...24
Figura 5-17: Carga de viento derecha-izquierda...25
Figura 5-18: Carga de viento frontal...26
Figura 6-1: Modelo estructural...30
Figura 6-2: Disposición de perfiles de la estructura...31
Figura 6-3: Envolvente de Carga axial en marco de eje 8 (más solicitado)...33
Figura 6-4: Envolvente de Momento en eje Fuerte en Marco de eje 8 (más solicitado)...33
Figura 6-5: Factores de utilización...34
LISTA DE TABLAS Tabla 6-1: Perfiles de la estructura...31
Tabla 6-2 Resumen Diseño de Perfiles...32
Tabla 6-3: Factores de utilización perfiles...32
Tabla 6-4: Deformaciones máximas y admisibles...35
Tabla 6-5 Deformaciones Sísmicas Admisible...35
Tabla 6-6 Valores parámetros...36 1 INTRODUCCIÓN
Se ha solicitado el diseño estructural, a nivel de ingeniería de detalles, de un galpón en la comuna de Mejillones cuya construcción está a cargo de la Vicepresidencia de Proyectos de CODELCO.
Dentro de las instalaciones del proyecto, se encuentran las áreas relativas a la planta de procesos, tales como, lixiviación, precipitación de cobre, tostación, briquetadora, ferro- molibdeno, limpieza de gases, ácido sulfúrico, renio, amonio, y servicios generales.
Las estructuras a verificar son:
-
Marcos principales del galpón industrial.2 OBJETIVOS
El objetivo del presente documento es presentar la verificación y el diseño estructural del Galpón que se construirá en Mejillone
3 ANTECEDENTES
Se utilizan como antecedentes los siguientes planos:
3.1 Documentos
➢ IDMOLY-I1-FOSTER-00000-CRTES02-3400-001-0 Criterio de diseño estructural. ➢ IDMOLY-I1-FOSTER-00000-CRTES02-3400-002-0 Criterio de diseño
sísmico estructural.
3.2 Planos
Planos de planta, elevaciones, secciones y detalles de edificio de Nave Renio SX1:
! MOLYCOR-F1-AMEC-34100-201AR02-3410-001 ! MOLYCOR-F1-AMEC-34100-201AR02-3410-002
4 DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA
La estructura a modelar es un galpón de acero de 20 m. de ancho por 35 m. de largo, de 12,01 m. altura total y 8,64 m. altura de hombro, de 8 marcos separados a 5 m. cada uno.
La Figura 4-1 a continuación, muestra lo anteriormente señalado:
Figura 4-1 Descripción estructura.
5 BASES DE CÁLCULO
A continuación se indican las normas y criterios adoptados en el análisis de la estructura.
5.1 Normas y criterios de diseño
Manual de Diseño estructural, CINTAC, 1993.
NCh 432.Of2010 Diseño estructural. Cargas de viento.
NCh 1537 Of.2009 Diseño estructural – Cargas permanentes y cargas de uso.
NCh2369.Of2003 Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales.
NCh 3171 Of.2010 Diseño estructural- Disposiciones generales y combinaciones de carga.
5.2 Materiales
5.3 Cargas de diseño
La estructura se verifica en el programa de diseño estructural Sap 2000. Las cargas aplicadas a la estructura son:
o Carga Muerta (D)
Para los aceros (A36) el peso propio de los perfiles, es entregado por el programa estructural Sap 2000 automáticamente.
Las costaneras y revestimientos se ingresan como c a r g a s p u n t u a l e s sobre los marcos y columnas del galpón. El peso de las costaneras utilizadas corresponde a 5.54
kgf/m y para el revestimiento (PV-6, e=0,6mm) se consideró una carga de 8 kgf/m2. Las cargas aplicadas en el modelo estructural se observan en las Figuras 5-1 y 5-2.
Figura 5-2: Peso propio revestimiento.
o Sobrecarga de techo (Lr)
La sobrecarga de techo se obtiene de acuerdo a lo indicado en la NCh 1537, donde esta corresponde a 100 kgf/m2 y se ve reducida por la pendiente de techo de un 15% y un área tributaria mayor a 50 m2, con esto el factor de reducción f es de 0,39, con lo que se obtiene una sobrecarga de techo de 39 kgf/m2. Las cargas aplicadas en el modelo estructural se observan en la Figura 5-3.
o Sismo (E)
Según la NCh 2369 se tiene lo siguiente: - Zona sísmica 3 Ao=0,4g
- Factor de modificación a la respuesta R = 5, marco arriostrado con anclajes dúctiles.
- Razón de amortiguamiento ξ = 0,03, marco de acero con uniones de terreno apernadas, con o sin arriostramiento.
- Factor de importancia I = 1,0.
- Coeficiente sísmico horizontal máximo Cmáx. = 0,23 (NCh2369 tabla 5.7). - Coeficiente sísmico vertical Cv = 0,27 (NCh2369 punto 5.5.1.b).es
Este valor se ingresa directamente al programa a través del valor 0,23 en la dirección de los de los ejes X y Z, respectivamente. Del mismo modo se aplica el valor del sismo vertical en el eje Y (Cv = 0,27).
Figura 5-5: Sismo costaneras según dirección Y.
Figura 5-7: Sismo revestimiento según dirección X
Figura 5-9: Sismo revestimiento según dirección Z
Figura 5-11: Sismo Marco según dirección Y
Figura 5-13: Sismo Lucarna según dirección X
Figura 5-15: Sismo Lucarna según dirección Z
o Viento (W)
Según NCh 432 Of. 1971, la presión básica del viento par la ubicación del proyectó es la siguiente:
Se debe obtener una velocidad máxima instantánea del viento por medio de estadísticas directas o indirectas, como en este caso no se cuenta con la estadística, se utilizó la Tabla 1 de la norma, teniendo en cuenta que la estructura se encuentra en el campo abierto. Esto nos arrojaría un valor de presión básica del viento, dependiendo de la altura del elemento.
MARCO:
h=10,14 m
q
v=106,34 kg /m
2
LUCARNA:
h=12,01m
q
v=110,82kg /m
2Para poder obtener la carga distribuida en la estructura, esta se calculara por las ecuaciones de la Figura g que se encuentra en la norma, donde se debe obtener un ángulo de elevación, el cual será de α=8,53 ° .
Con el valor obtenido anteriormente se debe ingresa la carga de viento como una carga distribuida dependiendo del largo tributario, es decir, de un largo ya sea de 5 m para marco y lucarnas interiores y de
2,5[m]
para marco y lucarnas exteriores.Se debe ingresar una carga de viento tanto cuando va de derecha a izquierda, como cuando va de izquierda a derecha, por lo que solo cambiara la figura de las cargas, es decir, se deben solo dar vuelta las cargas.
Las presiones anteriormente señaladas son aplicadas en forma de cargas distribuidas aplicada sobre vigas y columnas según se muestra en las siguientes figuras.
Figura 5-16:Viento en dirección izquierda-derecha
Figura 5-17:Viento en dirección derecha-izquierda
5.4 Combinaciones de carga
De acuerdo al punto 9.1.1 de la NCh 3171, al punto 4.5 de la NCh 2369 y al punto 3.10 del AISE 13, las combinaciones de carga utilizadas para el diseño por tensiones
admisibles son:
5.4.1 Combinaciones de carga para diseño de elementos
NCh 3171.Of2010: 1) DL + L 2) DL + Lr 3) DL + 0.75 Lr + 0.75 L 4) DL + W 5) DL + 0,75Lr + 0,75W 6) 0,60DL + W NCh 2369.Of2003: 7) 0,75DL + 0,75E 28
5.4.2 Combinaciones de carga para verificación de deformación NCh 3171.Of2010: 1) DL + L 2) DL + Lr 3) DL + Lr + L 4) DL + W 5) DL + Lr + W NCh 2369.Of2003: 6) DL + E Dónde: D: carga permanente.
Lr: sobrecarga de techo según NCh
1537. E: carga sísmica según NCh2369.
5.5 Deformaciones admisibles
Las deformaciones de elementos estructurales se limitarán a los siguientes valores:
Vigas en general L/300 NCh427.cR76
Columnas L/200 NCh427.cR76
Costaneras, columnas cortaviento y sus revestimientos L/200 NCh427.cR76
Deformación Sísmica 0,015xh
NCh2369.Of2003:
6 MODELACIÓN ESTRUCTURAL 6.1 Descripción de la estructura.
La verificación estructural se realiza utilizando el software de diseño estructural SAP 2000. Mediante el método de tensiones admisibles se verifican las dimensiones de los perfiles y los esfuerzos respectivos de cada elemento. La modelación de la estructura a verificar queda indicada en la Figura 6-1.
Figura 6-2: Perfiles utilizados
Tabla 6-1: Perfiles de la estructura. Element o Perfil COLUMNA IN50X123 VIGA IN50X123 PUNTAL AST100X8,96 DIAGONAL V O15X15X18.0 DIAGONAL H O15X15X18.0
COLUMNA LUCARNA IN20X13.8
VIGA LUCARNA IE15X10,8
PUNTAL LUCARNA O7.5X7.5X6.6
DIAGONAL V LUCARNA O5X5X4,25 DIAGONAL H LUCARNA O10X10X8,96
6.2 Resultados del modelo estructural
A continuación, la Tabla 6-2, muestra que los perfiles utilizados en la modelación cumplen con el diseño y las deformaciones admisibles.
Tabla 6-2: Resumen diseño de elementos. Eleme nto Per fil F.U . Combin ación Def. Máx./ Combinación Esbeltez
GlobalKL/r KL/rPerfil Diseñado
COLUMNA IN50X123 0.853 3 1,94 3 7,75 18,99 Esbeltez Global
VIGA IN50X123 0,902 3 1,83 3 6,81 16,69 Deformación
PUNTAL ASTM 0.263 4 2,7 4 127,202 126,252 Esbeltez
DIAGONAL V O15X15X18.0 0.462 3 1,42 3 130,605 128,605 (*)
DIAGONAL H O15X15X18.0 0.380 3 2,35 3 118,93 118,93 (*)
COLUMNA LUCARNA IN20X13.8 0.848 3 3,7 3 15,1033 67,5703 Deforma VIGA LUCARNA IE15X10,8 0.115 3 3.9 3 10,1815 45,4295 Deforma PUNTAL LUCARNA O7.5X7.5X6.6 0.423 3 3,87 3 83,6274 84,6274 Esbeltez DIAGONAL V LUCARNAO5X5X4,25 0.453 3 3,58 3 62,532 162,132 Esbeltez DIAGONAL H O10X10X8,96 0.311 3 3,6 3 143,191 142,191 Esbeltez (*) Los perfiles fueron escogidos por forma.
6.2.1 Factores de Utilización
Para que los perfiles resistan las solicitaciones de carga impuestas, los factores de utilización de los perfiles deben tener un valor menor a 1. Aplicadas las cargas indicadas en el punto 5.3 y las combinaciones de carga del punto 5.4 se obtienen los factores de utilización máximos de cada uno de los elementos estructurales.
Los factores de utilización máximos para la envolvente de combinaciones de carga, son los siguientes:
Elemento Perfil F.U. Combinación
COLUMNA IN50X123 0.853 3
VIGA IN50X123 0,902 3
PUNTAL ASTM 100X8,96 0.263 4
DIAGONAL V O15X15X18.0 0.462 3
DIAGONAL H O15X15X18.0 0.380 3
COLUMNA LUCARNA IN20X13.8 0.848 3
Se adjuntan las siguientes figuras con la envolvente de carga axial y de momento en eje fuerte generados en el marco más solicitado.
Figura 6-3: Envolvente de Carga Axial en Marco más Solicitado
Figura 6-4: Envolvente de Momento en Eje Fuerte en Marco más Solicitado
Se muestran los factores de utilización de los elementos indicados
6.2.2 Deformaciones
Para las deformaciones de los elementos, se debe cumplir lo indicado en punto 5.5 de la presente memoria de cálculo. De realizar el análisis se tiene lo siguiente:
Tabla 6-4: Deformaciones Máximas y Admisibles
Eleme nto Perf il Largo (mm) Def. Máx. Def.Máx. (mm) Def. Adm. (mm) Combinació n (*) COLUMNA IN50X150 8635 L/3 00 15.01 28,78 8 4 VIGA IN50X150 10111,9 L/3 00 37.37 7 33,70 3
(*) Com binación de Carga que controla el dis eño , ver punto 5.4.2 "Com binaciones de Carga para verificación de deformaciones ".
Realizada la modelación estructural se verifica que los perfiles mostrados cumplen con las deformaciones admisibles indicadas en la normativa vigente.
6.2.3 Deformaciones sísmicas
La deformación sísmica máxima para estructuras metálicas, de acuerdo a la NCh 2369 es: δ = 0,015xh
Tabla 6-5: Deformaciones Sísmicas Admisibles
Alto (mm) Def. Adm. (mm)
8635 129,525
De acuerdo a la NCh2369.Of2003; punto 6 “Deformaciones Sísmicas”, cuando el análisis se hace con las deformaciones sísmicas reducidas por el factor R, las deformaciones se deben determinar de acuerdo a la siguiente expresión:
d= do+R1*d1
Donde:
d= deformación sísmica
do= deformación debida a cargas de servicio no sísmicas R1= factor de modificación de la respuesta
d1= deformación calculada con solicitaciones sísmicas reducidas directamente por el factor R.
Los valores obtenidos son los siguientes:
Tabla 6-6: Valores Parámetros
Parámetro Valor (mm)
d 64.1
d0 4.35
R1 5
dd 11.95
Anexo A
Perfiles IN50x123
