View
77
Download
2
Category
Preview:
DESCRIPTION
Calculo Estructural de Galpón
Citation preview
Cristbal Paul, M.Sc. Ingeniero Civil Estructural UC
Cliente: MAS ERRZURIZ Proyecto: Taller Mecnico Mas Errzuriz Fecha: 18/03/2015
Memoria de Clculo
Taller Mecnico Mas Errzuriz
REV. TIPO FECHA EJECUT REVIS APROB DESCRIPCIN
1 C 03/03/2015 DFR CPQ PARA APROBACIN
2 C 18/03/2015 DFR CPQ PARA APROBACIN
Tipo de Emisin: (A) Preliminar (B) Para cotizacin o propuesta (C) Para aprobacin (D) Aprobado
Contenido
1. Generalidades .................................................................................................................... 3
1.1. Alcance......................................................................................................................... 3
1.2. Referencias ................................................................................................................. 3
1.3. Cdigos de diseo ...................................................................................................... 3
1.4. Materiales ................................................................................................................... 4
2. Descripcin de la estructura ........................................................................................... 4
3. Descripcin de cargas ....................................................................................................... 5
3.1. Peso propio (D) .......................................................................................................... 5
3.2. Sobrecarga de Techo (Lr) ........................................................................................ 5
3.3. Nieve (S) ...................................................................................................................... 5
3.4. Sismo (E) ..................................................................................................................... 5
3.4.1. Coeficiente Ssmico Horizontal ........................................................................... 5
3.4.2. Coeficiente Ssmico Vertical ................................................................................ 6
3.5. Viento (W) ................................................................................................................... 6
4. Combinaciones de cargas ................................................................................................. 6
5. Esquemas del modelo ....................................................................................................... 7
5.1. Modelo 3D ....................................................................................................................... 7
6. Esquemas de carga ............................................................................................................ 8
6.1. Sobrecarga de Techo (kgf/m) ..................................................................................... 8
6.2. Sobrecarga de Nieve (kgf/m) ...................................................................................... 9
6.3. Sismo Horizontal (/g) ................................................................................................... 9
6.4. Viento (kgf/m) ............................................................................................................. 12
7. Elementos estructurales ................................................................................................ 13
8. Anlisis .............................................................................................................................. 15
8.1. Verificacin de elementos estructurales ................................................................ 15
8.2. Diseo de Fundaciones ............................................................................................... 16
8.3. Clculo de Placas Base ................................................................................................ 31
8.4. Clculo de Pernos de Anclaje .................................................................................... 37
8.5. Clculo de Llave de Corte ........................................................................................... 43
8.6. Diseo de Conexiones Principales ........................................................................... 44
1. Generalidades
1.1. Alcance
La siguiente memoria describe el anlisis y diseo estructural del Taller Mecnico
Mas Errzuriz con sus respectivas fundaciones. El galpn en cuestin es utilizado
en trabajos de mantencin de maquinaria y debe ser capaz de resistir las
solicitaciones a la que se ver afectada en operacin. Para esto se ha verificado que
los elementos estructurales que lo componen resistan dichas cargas de acuerdo a
las normas vigentes. Se analizar la estructura para cargas de Peso Propio,
Sobrecargas de Techo, Nieve, Sismo, Viento y un Tecle de Mantencin.
1.2. Referencias
Los clculos que se presentan a continuacin se complementan con los siguientes
documentos:
Ref [1] Informacin recibida por correo electrnico proveniente de Mas Errzuriz.
Ref [2] Planos N ME-137-2015-ES-01 Rev.C
ME-137-2015-ES-02 Rev.C
ME-137-2015-OC-01 Rev.C
ME-137-2015-OC-02 Rev.C
1.3. Cdigos de diseo
Los elementos de acero sern diseados con las recomendaciones de la norma
AISC 360-05.
Los clculos se complementan con las normas chilenas:
Ref [3] NCh2369 .Of2003: Diseo ssmico de estructuras e instalaciones
industriales.
Ref [4] NCh1537.Of86: Diseo Estructural de Edificios Cargas permanentes y
sobrecargas de uso.
Ref [5] NCh3171.Of2010: Diseo Estructural Disposiciones generales y
combinaciones de carga.
Ref [6] NCh427.cR1977: Especificaciones para el clculo de estructuras de acero
para edificios.
Ref [7] NCh431.Of77: Construccin Sobrecargas de nieves.
Ref [8] NCh432.Of.71: Calculo de la accin del viento sobre las construcciones.
La resistencia de materiales se detalla en los documentos:
- ASTM A36, A325 perfiles y pernos
- AWS D1.1 soldadura estructural
1.4. Materiales
- ASTM A36 o equivalente para perfiles y planchas.
- ASTM A325 para pernos de conexin.
2. Descripcin de la estructura
La estructura consiste en un galpn de acero con marcos arriostrados en el sentido
longitudinal y marcos de momento en el sentido transversal como se aprecia en la
Figura 1. Dicha estructura posee recubrimiento exterior y un portn de ingreso
para maquinaria. La estructura se ancla en sus respectivas fundaciones que se
ubican por todo el contorno de la estructura bajo las columnas principales que la
componen.
Figura 1: Esquema de Taller Mecnico Mas Errzuriz
3. Descripcin de cargas
3.1. Peso propio (D)
Corresponde al peso del acero de los elementos con que se construye la estructura.
Se considera un peso especfico del acero igual a 7850 kgf/m3. En el modelo
estructural, esta carga es considerada internamente por el programa de clculo.
3.2. Sobrecarga de Techo (Lr)
La sobrecarga de techo utilizada en el modelo es de 300 kgf/m segn lo indicado
en Ref [1]. La resultante de la carga aplicada sobre el rea de techo es de 48600
kgf.
3.3. Nieve (S)
Segn lo requerido en la Ref [1] se considera una altura de nieve para el clculo de
7m, lo que segn la Ref [7] equivale a 700 kgf/m. Adicionalmente, se tiene que la
inclinacin de techo es de 38, por lo que segn la misma referencia es posible
disminuir la sobrecarga de nieve por un factor K=0.8, lo que otorga una carga de
nieve final de 560 kgf/m. La carga resultante de nieve sobre el techo de la
estructura es de 90720 kgf. Adicionalmente se considera un 25% de la carga total
de nieve como masa ssmica.
3.4. Sismo (E)
El clculo se realiza segn Ref.[2]. El detalle de los datos considerados se muestra a continuacin. La aplicacin de las cargas ssmicas se puede apreciar en el punto 6 del presente documento. El corte basal se calcul de la siguiente forma: Qo=CIP punto 5.3.2 Ref [3], donde:
- Qo: Esfuerzo de corte en la base - C: Coeficiente ssmico (conservadoramente se establece el coeficiente
ssmico mximo establecido por la normativa, ver Ref [3]) - I: Coeficiente de importancia - P: Peso total estructura
3.4.1. Coeficiente Ssmico Horizontal
Zona Ssmica: 2 Factor de Modificacin de la Respuesta: R = 3 Coeficiente de Importancia: I = 1 Razn de Amortiguamiento Ssmico: = 0.02 Cmx: 0.3 Tabla 5.7 Ref [3]
3.4.2. Coeficiente Ssmico Vertical
Cz = 2/3*Ao/g = 2/3*0.3 = 0.2
Cz: Coeficiente Ssmico Vertical Ao/g: Aceleracin Mxima Efectiva
3.5. Viento (W)
Segn la Ref [1] se especifica una velocidad de viento de 140 km/hr, lo que equivale a una carga de viento de 95 kgf/m2 segn Ref [8] aplicada sobre la estructura. Segn se indica en la misma referencia se estipula un factor 1.2 de amplificacin para estructuras con caras planas, por lo que se tiene un valor final para carga de viento de 114 kgf/m2.
4. Combinaciones de cargas
A partir de la Ref [5], se definieron las siguientes combinaciones de carga,
utilizando el mtodo de las tensiones admisibles (ASD):
1) D
2) D + Lr
3) D + S
4) D + Wx
5) D + Wy
6) D - Wx
7) D - Wy
8) D + Ex + Ez
9) D + Ex - Ez
10) D + Ey + Ez
11) D + Ey - Ez
12) D - Ex + Ez
13) D - Ex - Ez
14) D - Ey + Ez
15) D - Ey - Ez
16) D + 0.75Wx + 0.75Lr
17) D + 0.75Wy + 0.75Lr
18) D - 0.75Wx + 0.75Lr
19) D - 0.75Wy + 0.75Lr
20) D + 0.75Wx + 0.75S
21) D + 0.75Wy + 0.75S
22) D - 0.75Wx + 0.75S
23) D - 0.75Wy + 0.75S
24) D + 0.75Ex + 0.75Ez + 0.75S
25) D + 0.75Ex - 0.75Ez + 0.75S
26) D + 0.75Ey + 0.75Ez + 0.75S
27) D + 0.75Ey - 0.75Ez + 0.75S
28) D - 0.75Ex + 0.75Ez + 0.75S
29) D - 0.75Ex - 0.75Ez + 0.75S
30) D - 0.75Ey + 0.75Ez + 0.75S
31) D - 0.75Ey - 0.75Ez + 0.75S
32) 0.6D + Wx
33) 0.6D + Wy
34) 0.6D - Wx
35) 0.6D - Wy
36) 0.6D + Ex + Ez
37) 0.6D + Ex - Ez
38) 0.6D + Ey + Ez
39) 0.6D + Ey - Ez
40) 0.6D - Ex + Ez
41) 0.6D - Ex - Ez
42) 0.6D - Ey + Ez
43) 0.6D - Ey - Ez
5. Esquemas del modelo
5.1. Modelo 3D
Figura 2: Imagen 3D de la estructura en extrusin
Figura 3: Imagen 3D de la estructura
6. Esquemas de carga
6.1. Sobrecarga de Techo (kgf/m)
Figura 4: Sobrecarga de techo aplicada en la estructura
6.2. Sobrecarga de Nieve (kgf/m)
Figura 5: Sobrecarga de nieve aplicada en la estructura
6.3. Sismo Horizontal (/g)
Figura 6: Sismo Horizontal Estructura Eje X
Figura 7: Sismo Horizontal Estructura Eje Y
Figura 8: Sismo Vertical Estructura Eje Z
Figura 9: Sismo Horizontal Nieve Eje X
Figura 10: Sismo Horizontal Nieve Eje Y
Figura 11: Sismo Vertical Nieve Eje Z
6.4. Viento (kgf/m)
Figura 12: Carga de Viento Eje X
Figura 13: Carga de Viento Eje Y
7. Elementos estructurales
Figura 14: Identificacin de Elementos en 3D
Figura 15: Identificacin de Elementos Elevaciones Laterales
Figura 16: Identificacin de Elementos Elevacin Frontal
Figura 17: Identificacin de Elementos Elevacin Posterior
8. Anlisis
Para el anlisis de la estructura se construy un modelo computacional
tridimensional con un software especializado en el clculo y verificacin de
estructuras de acero, en el cual se incorporaron los perfiles principales del sistema
y las correspondientes solicitaciones actuantes sobre stos. Todos los perfiles
mencionados previamente fueron modelados con elementos uniaxiales en el
programa. Se modelan tanto perfiles como planchas consideradas estructurales, y
sobre stas se aplican las cargas correspondientes, de manera que los esfuerzos
sean repartidos internamente por el software en funcin de las rigideces de los
elementos modelados. Las vistas y elevaciones de las estructuras se pueden
apreciar en el Anexo II. El diseo de los elementos se realiza segn el cdigo AISC
360-05.
8.1. Verificacin de elementos estructurales
A continuacin se presentan los factores de utilizacin de los elementos de la
estructura estudiada con sus respectivos esfuerzos de diseo:
Perfil Axial
Momento x-x
Momento y-y
Corte y-y
Corte x-x
Torsin Fu Combinacin
kgf kgf -cm kgf -cm kgf kgf kgf -cm
IPE300 -8290 813276 568 -3232 -24 392 0.96 D+0.75(S-Ex-Ez) IPE180 -11450 8560 2 7 0 0 0.97 D+S IPE100 -825 -3025 113 37 0 -5 0.50 D+0.75(S+Ey-Ez)
O-150/150/4 -3785 117834 -2759 131 -48 1761 0.74 D+S O-200/200/5 -12027 -298859 12859 2266 -33 25746 0.93 D+0.75(S+Ex-Ez) C-100/50/3 4256 -840 -2676 -10 -24 0 0.82 D+S L-80/80/8 -3942 662 0 0 0 0 0.51 D+0.75(S+Ey-Ez)
TL-200/100/10 -12416 11391 0 0 0 -46 0.63 D+S IC-150/150/5 132 126000 37236 369 -186 -5 1.05 D+S
8.2. Diseo de Fundaciones
- Marcos IPE300
- Marcos O-150/150/4
- Columnas de Viento O-200/200/5
8.3. Clculo de Placas Base
- Marcos IPE300
- Marcos O-150/150/4
- Columnas de Viento O-200/200/5
8.4. Clculo de Pernos de Anclaje
- Marcos IPE300
- Marcos O-150/150/4
- Columnas de Viento O-200/200/5
8.5. Clculo de Llave de Corte
- Marcos IPE300 y O-150/150/4
8.6. Diseo de Conexiones Principales
Recommended