Calculo de cargas vivas muertas y de viento

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Calculo de cargas vivas muertas y de viento

  1. 1. Contenido • Introducción • Tarea de Proyecto • Objetivos • Planteamiento de las Tareas • Detalles Arquitectónicos y Constructivos • Modelaje de la Estructura Principal y Estructura del Cartel • Calculo de Carga para el Diseño del Cartel • Diseño del Cartel • Diseño a Flexión • Chequeo el Cortante • Chequeo de la Deflexión • Chequeo de la Columna • Calculo de Carga Viva, Carga Muerta, y Viento para a Estructura PrincipalIntroducciónEl presente informe presenta los detalles constructivos, arquitectónicos y estructurales de un edificio social deconcreto armado para oficinas de una sola planta, con acceso a la cubierta donde estará una cafetería y unazona de recreo, propiedad de la Universidad Tecnológica Centroamericana y estará ubicado en Choluteca..El proyecto consiste en aplicar criterios de diseño estructural para la construcción del edificio sin dejar a unlado los conceptos que se presentan en la practica tales como la planificación, ejecución de la obra ysoluciones constructivas practicas que nos permitan reducir costos y obtener una mejor calidad de vida.Al crear una estructura para que cumpla con una función especifica de uso publico, primero debe considerarsela selección de una forma estructural que sea segura, estética y económica. El proceso que sigue cualquierproyecto para la realización de una obra requiere planeación, análisis, diseño y construcción.El Ingeniero Civil, es el encargado de determinar la forma, dimensiones y características detalladas de unaestructura que tiene como función absorber las cargas que se presentan durante su vida útil. Es muy comúnque solo se preste atención a la parte estructural de un proyecto dado, pero queda claro que una obra no soloes el proyecto estructural; es solamente la parte de un gran conjunto de actividades donde también seencuentra el diseño arquitectónico, diseño de instalaciones hidro−sanitarias, instalaciones eléctricas, accesos,etc...Al diseñar el ingeniero no solo hace cálculos, dibuja planos y consulta manuales o reglamentos, sino tambiénhace uso de su ingenio y de su sentido común para resolver los problemas que no están previstos en los libros,de tal manera que puede proponer innovaciones y soluciones practicas en sus proyectos.Durante la construcción, la ética del ingeniero vuelve a tomar interés pues el constructor es responsable de quese cumplan las especificaciones indicadas en el diseño; de lo contrario, como hemos mencionado, la seguridadde la obra peligraría y, consecuentemente, la seguridad de quienes hagan uso de ella.A veces una solución se opone a otra solución, sin embargo de esto se trata la ingeniería. 1
  2. 2. Tarea de ProyectoObjetivos: • Completar los detalles arquitectónicos, constructivos y estructurales del edificio. • Modelación de la estructura principal del edificio. • Modelación de la estructura portante del cartel • Determinar los esquemas de carga: muerta, viva, viento y sismo. • Determinar los gráficos de M, V y N de cada esquema de carga.Planteamiento de las TareasPrimero completamos los detalles arquitectónicos y constructivos de la edificación con el fin de determinar lascargas actuanantes en la estructura y así poder utilizar criterios de predimensionamiento para de modelarcorrectamente la estructura principal del edificio.Entre estos están la losa de la cubierta, dimensionamiento de la vigas y las columnas de la estructura principaldel edificio, tamaños de cada uno de los cubículos del edificio, el tamaño del pasillo, y la ubicación de lasgradas y el acceso a la cubierta.Una vez hecho esto, con la ayuda del Código Hondureño de Construcción determinamos la carga muerta,carga viva, carga de viento y la carga sísmica actuante en el edificio. Luego, obtuvimos los gráficos de M, V yN de cada una de las cargas actuantes por medio de software y métodos analíticos.Para la estructura portante del cartel, primero calculamos la deflexión horizontal y vertical utilizando elmétodo de Trabajo Virtual y luego hicimos el diseño a flexión y revisión del cortante del elemento horizontalde la estructura. Una vez obtenidos estos datos, verificamos si el mismo perfil escogido sirve para el elementovertical (columna), realizando una revisión de la flexo−compresión del elemento con la ayuda de lasecuaciones de la AISC.Datos:PLANTA ARQUITECTÓNICAESTRUCTURA REAL ESQUEMA DEL CARTELEquipo I(m) L(m) H(m) W(kN) Zona const.3 5.5 8 4 10 CholutecaDetalles Arquitectónicos, Constructivos y Estructurales AdicionalesLosa de CubiertaPara el diseño de este elemento, se decidió utilizar un sistema pretensado CONHSA para entrepisos y losas a 2
  3. 3. base de viguetas y bovedillas; por su fácil montaje, por su aislamiento térmico y acústico y por su menor costopor metro cuadrado.GradasDebido a la altura del edificio, se decidió el diseño de las gradas en dos tramos, con una plataforma intermedia(descanso) y los extremos de la losa de la escalera apoyadas sobre las vigas de los marcos externos. Tambiénse tuvo en cuenta la proporción entre la huella y el peralte tomando un peralte de 16 cm y una huella de 30cm.Para optimizar espacio dentro del edificio se decidió la ubicación de las gradas una a cada extremo del pasilloprincipal.VentanalesPara obtener la mayor iluminación natural posible y por estética, los ventanales son del ancho de la pared.PuertasPara optimizar el espacio de cada oficina, se colocaron las puertas cercanas a la pared.Pasillo PrincipalPara facilitar el movimiento de personas en ambos sentidos del pasillo, se decidió darle un ancho de 1.85 m.Cafetería y Zona de RecreoPara evitar cargas adicionales en cada uno de los marcos de la estructura, se decidió utilizar una carpa comotecho para la cafetería y el uso de mesas con sombrillas para evitar la exposición prolongada al sol. Además sedecidió poner una baranda hecha de tubos alrededor de la cubierta y las gradas; los cuales tienen un pesodespreciable en nuestros cálculos.Modelaje de la Estructura Principal y la Estructura Portante del CartelEstructura PrincipalEstructura Portante del CartelCalculo de Carga y Gráficos de Solicitaciones para el Diseño del CartelClasificación de PerfilesEl AISC clasifica las secciones transversales de los perfiles como compactas, no compactas, o esbeltas,dependiendo de los valores de las razones ancho−espesor.Para los perfiles I y H, la razón para el patín proyectante (un elemento no atiesado) esy la razón para el alma (un elemento atiesado) esla clasificación de los perfiles se encuentra en la Sección B5 de las Especificaciones, llamada Pandeo local enla Tabla B5 .1. Ésta puede resumirse como sigue.= razón ancho−espesor 3
  4. 4. p = límite superior para la categoría de compactas.r = límite superior para la categoría de no compactas.Entonces,Si " p Y el patín está conectado en forma continua al alma, la sección es compacta: Si < r la sección esno compacta; ySi > r la sección es esbelta.La categoría se basa en la peor razón ancho−espesor de la sección transversal. Por ejemplo si el alma escompacta y el patín es no compacto, la sección se clasifica como no compacta. La Tabla 5.3 ha sido extraídade la Tabla B5.1 del AISC y contiene razones ancho−espesor para las secciones transversales de perfiles I yH.Ayudas de diseñoEl Manual ASD contiene las ayudas de diseño para las columnas similares en forma a las contenidas en elManual LRFD. Las principales de esas ayudas son las tablas para las car-gas axiales permisibles. Cuando seentra a esas tablas con la longitud efectiva KL y con una capacidad de carga de servicio requerida, puedeencontrarse rápidamente un perfil con la capacidad suficiente. Al igual que en las tablas LRFD para las cargasen las columnas, debe usarse la longitud efectiva con respecto al radio de giro mínimo r; es decir, debe usar-seKyL Alternativamente, puede entrarse a las tablas con KxU/(rx/ry).Cuando el factor de longitud efectiva K se encuentra con el nomograma Jackson−Moo-reland , puedeaplicarse un factor de reducción de rigidez si la columna es inelástica en la falla (KL/r <). Una tabla para este fin es proporcionada en el Manual.VIGASEl esfuerzo máximo de flexión en una viga homogénea que no ha sido sometida a esfuer-zos mayores que ellímite proporcional, está dado por la fórmula de la flexión:Donde:M = momento flexiónate máximo en la vigae = distancia del eje neutro a la fibra extrema1 = momento de inercia con respecto al eje de flexión S = módulo de sección elástico 4
  5. 5. En esta sección veremos sólo las secciones transversales de perfiles rolados en caliente ti-po 1 y Hflexionados con respecto a un eje perpendicular al alma (eje x).El esfuerzo permisible por flexión se denota como Fb y se basa en uno de los siguien-tes estados límite:fluencia, pandeo local o pandeo lateral torsional. En el diseño por esfuer-zos permisibles es convenientedividir las vigas en dos categorías: soportadas lateralmente y no soportadas lateralmente. Si una viga tiene unsoporte lateral adecuado, el esfuerzo per-misible se basará en la fluencia si el perfil es compacto y se basará enel pandeo local si el perfil es no compacto. El esfuerzo permisible por flexión para vigas no soportadaslateral-mente se basa en el pandeo lateral torsiónal.Soporte lateralSe considera que una viga con longitud no soportada de Lb tiene un soporte lateral suficien-te como paraimpedir el pandeo lateral torsiónal cuando Lb ~ Le, donde Le es el menor de los cocientesEs decir,Usamos este criterio para clasificar las vigas como soportadas lateralmente o no soportadas lateralmente.Vigas soportadas lateralmenteSi una viga soportada lateralmente puede someterse a esfuerzos de hasta el punto de fluen-cia sin que sepresente ningún pandeo local, el factor de seguridad es 5/3 y el esfuerzo per-misible es:Este esfuerzo corresponde a un perfil cuya razón ancho a espesor del patín está en el límite superior de losperfiles no compactos; es decir, b¡/2t¡ = 951.JF;. (Este límite es dife-rente del límite propuesto por LRFD,pero se usará aquí ya que está incorporado en una ecuación AISC para un esfuerzo permisible.) Si el perfil escompacto, la condición plásti-ca total puede alcanzarse sin pandeo local y se permite un 10% adicional. Elesfuerzo per-misible para este caso es:CortanteEl esfuerzo cortante se calcula como la máxima fuerza cortante de servicio dividida entre el área del alma, oEl esfuerzo cortante permisible está basado en la fluencia por cortante, y se toma como dos tercera partes delesfuerzo permisible por tensión en la sección total, oPropiedades Geométricas del Perfil W en Unidades Inglesas y Unidades SI. Espesor PeralteDesignación Área A Del Alma Patín Eje x−x d talma 5

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