VI. ANALISIS Y DISEÑO DE COMPONENTES DE TECHO METALICO6.1 DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA

6.1.1 ESPECIFICACIONES – MATERIALES EMPLEADOS:ACERO : Arcos metalicos: Fy = 36 KSI λc = 7.85 Tn/m3, Ec = 2,000,000 Kg/cm2

Fu = 58 KSI u = 0.30corrugado: Fy = 4200 Kg/cm2, λc = 7.85 Tn/m3, Ec = 2,100,000 Kg/cm2

SOLDADURA: Electrodos: Fexx = 60 KSI (E70 XX - AWS, para acero liso) (en varillas)Fexx = 70 KSI (E70 XX - AWS, para acero corrug.)

COBERTURA: Pu = 8.50 kg/m2 (Calaminon curvo CU-6; catalogo fabricante)

CONFIGURACION - GENERAL TECHO METALICO

.

Parte II - 1/16

6.1.2 ESTRUCTURACION:ARCOS METALICOS: El tipo de miembros estructurales empleados son varillas de acero liso y corrugado, con las siguientes caracteristicas:

COLUMNAS METALICAS: Los miembros estructurales empleados son perfiles tipo cajon rectangular hueco. En el calculo 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 ARCO METALICO "AM - 01"

VISTA GENERAL

ARCO METALICO

"AM-01"

Nro Peso Area PerimetroBarra 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

Diametro (Ø)

" V/2 "

" V/2 "

.

Parte II - 2/16

6.2.1 PRE-DIMENCIONAMIENTO : 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:CARGAS GRAVITACIONALES: CARGA MUERTA (D):

Cobertura (catalogo fabricante): D1 = 8.50 kg/m2

Estructura metalica (estimado a verificar): D2 = 20.00 kg/m2

� WD = 28.50 kg/m2

CARGA VIVA DE TECHO (Lr): NTE E.020 - TABLA 1: � WLr = 30.00 kg/m2

CARGAS LATERALES (SENTIDO LONGITUDINAL): CARGAS DE VIENTO (W):NTE E.020 - Art. 12 →: V h = V(H/10)

0.22 > V ("V" de Mapa Eolico - zona Pucallpa)

Viento en Arcos metalicos: V = 75.00 km/h � H ≈ 7.924 m (alt. prom. desde terreno)VH = 75.00 km/h θ = 6.584 ° (pendiente promedio de la superficie - zona de baja pendiente)

θ = 19.752 ° (pendiente promedio de la superficie - zona de alta pendiente)

Presiones: NTE E.020 - TABLA 4 → Ph = 0.005(C)(V h2 )

CONSTRUCCION sotavento donde:

Arcos y cubiertas cilindricas con Ph = Presión o succión del viento a una altura “h” perpendicular a

pendiente (θ) < 45º la superficie, para "h"> 10m (kg/m2)Superficies verticales de edificios -0.6 C = factor de forma adimensional (de tabla izquierda)Superficies verticales o inclinadas (planaso curvas) paralelas al viento (El signo positivo indica presión y el negativo succión)

BARLOVENTO: Considerando presion: C = 0.8 � ρh = 22.50 kg/m2 (en arcos)Considerando succion: C = -0.8 � ρh = -22.50 kg/m2 (en arcos)

SOTAVENTO Se tiene succion: C = -0.5 � ρh = -14.06 kg/m2 (en arcos)

CARGAS LATERALES (SENTIDO TRANSVERSAL): CARGAS DE SISMO (E):SISMO DINAMICO: Se aplica el "Espectro de Pseudo Aceleraciones" definido en el item 3.2 de la presente Memoria

SISMO ESTATICO: NTE E.030 - cap. VI → V = ZUC1P (kg) (repartido en cada columna)Fuerza sismica asociada al peso: C1 = 1.30 (NTE E.030 - Tabla 9)

V = 856.37 kg P = 3378.18 kg (peso propio + 50%carga viva, automatico de SAP2000)

6.2.3 METRADOS DE CARGAS: Calculando las cargas concentradas sobre los nudos de la brida superior, según el caso mas critico en cada direccion:A = ancho tributario entre arcos (m) = 4.338 m B = ancho tributario entre nudos de brida superior(m) = 1.684 m

n = numero de bridas superiores comprendidas en"A" = 2

CARGA MUERTA (PD): P D = (W D )(A)(B)/n , � PD = 104.06 kg

CARGA VIVA DE TECHO (PLr): P Lr = (W Lr )(A)(B)/n � PLr = 109.53 kg

CARGA DE VIENTO (W) - ARCOS: P W = (ρ h )(A)(B)/n

BARLOVENTO: Considerando presion en el Barlovento: PWp-s = 82.15 kgDescomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: → PWx = 27.76 kg

PWx = PW*sen(θ) y PWy = PW*cos(θ) PWy = 77.32 kg (en zona de alta pendiente)

PWx = 9.42 kg (en zona de baja pendiente)→ PWy = 81.61 kg

BARLOVENTO: Considerando succion en el Barlovento: PWs-s = -82.15 kgDescomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: → PWx = -27.76 kg (en alta pendiente)

PWy = -77.32 kg

PWx = PW*sen(θ) y PWy = PW*cos(θ) PWx = -9.42 kg (en baja pendiente)→ PWy = -81.61 kg

SOTAVENTO: Se tiene succion en el Sotavento: PWs-s = -25.67 kgDescomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: → PWx = -8.68 kg (en alta pendiente)

PWx = PW*sen(θ) y PWy = PW*cos(θ) PWy = -24.16 kg

-0.5

-0.7-0.7

barlovento+0.8

-0.8+0.8

(θ=6.58º) →

(θ=19.75º) →

(θ=19.75º) →

(θ=6.58º) →

(θ=19.75º) →

ELEVACION Y PLANTA INFERIOR

.

Parte II - 3/16

PWx = -2.94 kg (en baja pendiente)→ PWy = -25.50 kg

CARGA DE SISMO (E) - COLUMNAS:SISMO: Repartiendo las carga en ambas columnas: → "V/2" = 428.18 kg (ver VISTA GENERAL ARCO METALICO)

6.2.4 COMBINACIONES DE CARGAS:Especificacion A-4.1 LRFD - 99:

6.2.5 ANALISIS ESTRUCTURAL:

NUMERACION DE NUDOS Y BARRAS ESTADO CARGA MUERTA (PD)

(se entiende que "W" y "E" corresponden a los casos mas criticos de Viento y Sismo respectivamente)

(θ=6.58º) →

ProgramName Versión ProgLevel SAP2000 v 14.0.0 Advanced

.

Parte II - 4/16

ESTADO CARGA VIVA DE TECHO (PLr) ESTADO CARGA DE VIENTO (PWs-s)

pun

to

347

pun

to

317

.

Parte II - 5/16

ESTADO CARGA DE VIENTO (PWp-s)

DERECHA: ALGUNOS DETALLES DE ESTADOS DE CARGAS EN NUDOS

: 317punto

: 347punto

: 821punto

pun

to

821

.

Parte II - 6/16

DIAGRAMAS - ENVOLVENTES DE FUERZA AXIAL (+): traccion (-): compresion

CO

LGAD

OR

BRID

ASU

PER

IOR

BRID

A IN

FER

IOR

DIA

GO

NAL

CO

LUM

NA

CU

ERD

ASU

PER

IOR

CU

ERD

AIN

FER

IOR

TEN

SOR

.

Parte II - 7/16

Del "Diagrama-Envolvente de fuerza axial" (pag. sgte.) se tienen los siguientesestados de fuerza en los miembros mas criticos de cada componente de la estructura:

DIAGONAL:

ARRIOSTRE TRANSVERSAL:

ARRIOSTRE EN X:

Se observa que el punto con deflexion maxima esta en la Se observa que el punto con desplazamiento lateral maximobrida inferior, cuyo valor (en cm) se considera aceptable esta en la columna, cuyo valor (en cm) se considera aceptable

DIAGRAMA-ENVOLVENTE DE DEFORMACIONES

.

Parte II - 8/16

6.2.6 DISEÑO DE ELEMENTOS DE ACERO:

- DISEÑO AUTOMATIZADO DE MIENBROS DE ACERO, SEGÚN ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99- DETALLES DE VERIFICACION DE ESFUERZOS EN MIEMBROS MAS CRITICOS DE CADA COMPONENTE DE LA ESTRUCTURA

(BRIDAS, TENSOR, DIAGONAL, CUERDAS, COLGADORES Y ARRIOSTRES)

ProgramName Versión ProgLevel SAP2000 v 14.0.0 Advanced

TEN

SOR

CO

LGAD

OR

BRID

AIN

FER

IOR

CO

LUM

NA

BRID

ASI

PER

IOR

.

Parte II - 9/16

CUERDA INFERIOR

ARRIOSTRE EN X

CUERDA SUPERIOR

DIAGONALARRIOSTRETRANSVERSAL

.

Parte II - 10/16

ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99:

DISEÑO DE ELEMENTOS A COMPRESIONESPECIFICACIONES esfuerzo critico en compresion, para acero A-36 ……..(4)AISC - LRFD 99: kL / r < 60 esbeltes admisible � r > KL/60 ……..(5)

esfuerzo admisible (Ksi), ……..(6)donde: Ø = 0.85 (en compresion) ……..(7)

DISEÑO DE Pu = 3275.78 Kg = 7.22 Kips requiere: BRIDA SUPERIOR: L = 0.28 m = 11.05 pulg de (4): Ag = 0.285 pulg2

de (5): r > 0.184 pulg

� Se elige seccion: varilla # 6 (3/4")

� Se elige seccion: varilla # 6 (3/4") � Ag = 0.442 pulg2 > Ag …...…OK

r x = 0.188 pulg > r …...…OK (se obvia)

r y = 0.188 pulg > r …...…OK (se obvia)

VERIFICACION POR ESBELTES:de (7): � λc = 0.661 < 1.5 … OK Puadm = Ø(Fcr)(Ag) = 11.26 Kips > Pu …. OK

de (6): � Fcr = 29.987 Ksi → Seccion de diseño: varilla # 6 (3/4")

→ Calculo similar para resto de elementos de Brida superior

�y

760critica:

Barra mas

E

F

r

Klc

y

πλ = crF

PuAg

φ=

KsiFcr 32.25=φ

yccr FF )658.0(2λ=

.

Parte II - 11/16

DISEÑO DE BRIDA INFERIOR.-

→ Seccion de diseño: varilla # 6 (Ø 3/4" ) → Calculo similar para resto de elementos de Brida inferior

DISEÑO DE DIAGONALES.-

→ Seccion de diseño: varilla # 3 (Ø 3/8" ) → Calculo similar para resto de diagonales

602Barra mas critica:

732Barra mas critica:

.

Parte II - 12/16

DISEÑO DE CUERDA SUPERIOR.-

→ Seccion de diseño: varilla # 4 (Ø 1/2" ) → Calculo similar para resto de elementos de cuerda superior

DISEÑO DE ARRIOSTRES EN "X".-

→ Seccion de diseño: varilla # 2 (Ø 1/4" ) → Calculo similar para resto de arriostres

38

Barra mas critica:

Barra mas critica:

937

.

Parte II - 13/16

DISEÑO DE CUERDA INFERIOR.-

→ Seccion de diseño: varilla # 5 (Ø 5/8" ) → Calculo similar para resto de elementos de cuerda inferior

DISEÑO DE COLUMNA METALICA "CM-01" .-

→ Seccion de diseño: perfil HSS 5 1/2"x5 1/2"x3/16" → Calculo similar para ambas columnas metalicas

Barra mas critica:

Miembro mas critico:

926

41

.

Parte II - 14/16

DISEÑO DE ELEMENTOS A TRACCION: ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99:……(1) ……(2) ……(3)

donde: Ø = 0.90 (en traccion) , Ø = 0.75 � Ae = (U)(Ag) , "U" = 0.85 "r" = radio de giro

DISEÑO DE TENSORES: Pu = 2730.81 Kg = 6.01 Kips requiere: L = 3.840 m = 151.19 pulg de (1): Ag = 0.186 pulg2

de (3): r > 0.504 pulg de (2): An = 0.163 pulg2

� Se elige seccion: varilla # 4 (Ø 1/2") � Ag = 0.196 pulg2 > Ag …… OK � r x = 0.125 pulg > r …...…MAL (se obvia)� Ae = 0.167 pulg2 > An …………..OK � r y = 0.125 pulg > r …...…MAL (se obvia)

→ Seccion de diseño: varilla # 4 (Ø 1/2" ) → Calculo similar para resto de elementos de tensores

Barra mas

31critica:

yg F

PuA

φ=min

UuF

PuAn

φ=min 300

300 minL

rr

L≥→<

.

Parte II - 15/16

DISEÑO DE COLGADORES.-

→ Seccion de diseño: varilla # 2 (Ø 1/4" ) → Calculo similar para resto de colgadores

N° 10Barra mas critica:

.

Parte II - 16/16