MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTU ESTRUCTURAL RAL
NORMAS DE DISENO -Norma Técnica de Edificación E-09 E- 090 0 (Estructuras Metálicas) -Norma Técnica E-030 E-030 (Diseño (Dise ño Sismoresistente)
PROPIEDADES DE MATERIALES -Elementos -Eleme ntos estructurales: estructurales: Acero A-36 A- 36 -Soldadura: Electrodos Ele ctrodos E-70XX E-70XX -Pernos: A325 -Cimentación: concreto f'c=210kg/cm2
Fig. Definición Defini ción del material material de acero A36.
CARACTERISTICAS DE LA ESTRUCTURA La torre será analizada anali zada como como una estructura aporticada de 4 niveles nive les con tubos metálicos metáli cos verticales verticales y horizontales hori zontales en e n el perímetro y travesaños travesaños en el interior i nterior de cada nivel nive l . Las zapatas aisladas estarán en la zona donde don de se ubiquen ubique n los apoyos de esta torre torre.. Todos los elementos estructurales estructurales (tubos verticales, verti cales, longitudinales longitudinales y travesaños) tendrán una resistenc resiste ncia ia a la tracción tracción de 310 Mpa y un límite l ímite de fluencia flue ncia min 230 230 Mpa. El análisis análisi s y diseño se realizará reali zará para para obtener un sistema estructural resistente en su mayoría mayoría al si smo y al viento, vie nto, utili uti lizzando los criterios establecidos establecidos en el RNE. Para estas tareas, tareas, se hará hará uso del software Etabs Etabs 9, para el caso de los lo s tubos verticales, verticale s,
horizontales y travesaños. En el caso de las conex iones y zapatas, solo se tomara los resultados del cálculo del software, para su análisis y diseño manual.
Fig. Niveles en color, tubos verticales y longitudinales.
CARGAS Cargas permanentes Las cargas producidas por el tipo de material de la edificación son: -Acero A-36: 7800 kg/m3
-Cubierta: 40 kg/m2 -Concreto armado: 2400 kg/m3
Cargas vivas Las cargas producidas por el uso de la torre son: -Instalación: 3 kg/m2 Fuerza de viento Se aplicara de acuerdo a lo establecido en la normativa del RNE, el mismo que indica la velocidad y coeficiente de exposición según la ubicación y forma de la estructura. Fuerza de sismo Se aplicara de acuerdo a lo establecido en la normativa del RNE, el mismo que indica requisitos mínimos para el cortante basal de diseño y el cálculo de las fuerzas horizontales.
COMBINACIONES DE CARGAS FACTORADAS Norma Técnica de Edificación E-090 (Estructuras Metálicas): (1.4 -1)
1,4 D 1,2 D 1,6 L 0,5 Lr ó S ó R 1,2 D 1,6 Lr ó S ó R
0,5 L ó 0,8W
1,2 D 1,3W 0,5 L 0,5 Lr ó S ó R 1,2 D 1,0 E 0,5 L 0,2S 0,9 D 1,3W ó 1,0 E
(1.4 -2) (1.4 -3) (1.4 -4) (1.4 -5) (1.4 -6)
Donde: D
: Carga muerta debida al peso propio de los elementos y los efectos permanentes sobre la estructura. L
: Carga viva debida al mobiliario y ocupantes.
Lr
: Carga viva en las azoteas.
W
: Carga de viento.
S
: Carga de nieve.
E
: Carga de sismo de acuerdo a la Norma E.030 Diseño Sismorresistente.
R
: Carga por lluvia o granizo.
ANALISIS ESTRUCTURAL En concordancia con la Norma Técnica E-030, E-090. DATOS: V=
C=
88
km/hora
0.7
sección circular
VELOCIDAD DE DISENO: V 2m=
61.76
km/hora
V 6m=
78.65
km/hora
V 11m=
89.86
km/hora
V 18.5m=
100.75
km/hora
PRESION POR ALTURA: P 2m=
13.35
Kgf/m2
P 6m=
21.65
Kgf/m2
P 11m=
28.26
Kgf/m2
P 18.5m=
35.53
Kgf/m2
Fig. Tabla de coeficientes de exposición al viento
MODELAMIENTO Modelamiento sin tensores Desplazamientos
Fig. Desplazamiento por viento (W). deriva=668/14000=0.0477
Fig. Desplazamiento por sismo (W). deriva=39.5/23000=0.0017
Modelamiento con tensores Desplazamientos
Fig. Desplazamiento por viento (W). deriva=16/14000=0.0011
Fig. Desplazamiento por sismo (W). deriva=12.5/23000=0.00054
DISENO CALCULO DE PERNOS DE ANCLAJE Y EMPALME
ESFUERZOS: Por envolvente de las combinaciones de cargas (dirección x): Nivel BASE STORY1 STORY2 STORY3 STORY4
Altura (m) 0.00 4.00 8.00 14.00 23.00
Suma de cortantes (Tn) 17.10 28.50 5.17 9.70 24.14
Fig. Diagrama de Corte en kgf por sismo en la dirección 2
Fig. Tabla de resultados para la envolvente en los frames en kgf-cm RESISTENCIAS: Usando pernos de ½” con tuercas embebidas de a cero A36, luego por cada perno: a) Estado límite por fractura en la zona roscada: Ab
xd 2 / 4
x0.52 / 4
0.196 pu lg 2
Rn = 0.75 (0.75xAb) Fu, donde 0.75Ab= Área en la zona roscada = 0.75 (0.75x0.196) 58 = 6.39 Klb = 2.89 Tn
Por 14 pernos por empalme o anclaje:
Rn = 40.46 Tn
Entonces: SECCION 0 (H=0m):
Rn >= Ru
Ru=esfuerzos/0.75 =17.10/0.75 =22.80 Tn <= Rn SECCION 1 (H=4m):
Rn >= Ru
Ru=esfuerzos/0.75 =5.17/0.75 =6.89 Tn <=
Rn
SECCION 2 (H=8m)
Rn >= Ru
Ru=esfuerzos/0.75 =9.70/0.75 =12.93 Tn <= Rn SECCION 3 (H=14m)
Rn >= Ru
Ru=esfuerzos/0.75 =24.14/0.75 =32.19 Tn <= Rn
CALCULO DE CIMENTACION
-Datos generales: Esfuerzo de trabajo del terreno: o't = q adm = 2.00 kg/cm2 Esfuerzo a la compresión del concreto: f'c=210kg/cm2 Esfuerzo a la fluencia del acero: fy=4200kg/cm2
Peso específico del concreto armado: 2400kg/m3
-Cargas: Del software (ETABS 9) se han obtenido los siguientes datos (en kg) para los apoyos de las zapata típica. Por envolvente de las combinaciones de cargas: Story Point Load
FX
FY
FZ
BASE 14
ENVOLVENTE MAX 74.4 2 0
1545
BASE 14
ENVOLVENTE MIN 28.2
-5.73
787
BASE 19
ENVOLVENTE MAX 0.19
-48
1545
BASE 19
ENVOLVENTE MIN -59.29 -80.9
995.27
BASE 26
ENVOLVENTE MAX 0.18
1545
BASE 26
ENVOLVENTE MIN
BASE 35
ENVOLVENTE MAX -40.8
0
1545
BASE 35
ENVOLVENTE MIN -74.9
-5. 48
857.72
91. 65
-98.62 47. 69
987.51
SUMA= 9807.05
-Dimensionamiento: Asumimos zapatas de 0.50x2.30m en cada uno de sus cuatro apoyos.
-Verificación de la distribución de presiones: Peso propio real de la zapata (con peso del concreto armado=2.40Tn/m3) Con una altura de zapata de h=0.95m Areaz PPz
Combinación de esfuerzos:
ZAPATA
(m2)
(Tn)
Z-1
0.8 0
9.8 1/4=2.45
Entonces: ZAPATA o1 (kg/cm2) Z-1
0.2130
Que cumple con: -Amplificación de las cargas: Pu=1.5(Ps cm + PPz) + 1.8 (Ps cv) Esfuerzos últimos: ZAPATA ou (kg/cm2 ) Z-1
0.2130
-Diseño de los refuerzos a flexión: Refuerzo en el sentido X (corto): Igual que en el sentido Y, debido a que el volado de la zapata y las presiones últimas son las mismas en los dos sentidos. Refuerzo en el sentido Y (largo): El refuerzo de acero será:
Luego: min Asy ZAPATA
(cm2)
Z-1
8.55
Para un espaciamiento cada 0.075m:
ZAPATA Z-1
Espac.
Ancho (x)
(m)
(m)
0.15
0.50
Asy varill Asy varill. necesario. asumido (cm2)
(cm2)
1.28
1.29
Resultado
Ø1/2”@0.075m
