MEMORIA DE CALCULO CALCULO DE COBERTURA COBERTURA METALICA METALICA
MEMORIA DE CÁLCULO
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MEMORIA DE CALCULO CALCULO DE COBERTURA COBERTURA METALICA METALICA
PROYECTO COBERTURA ACERO DISTRITO DE AREQUIPA - AREQUIPA 1. INTRODUCCIÓN El uso de coberturas metálicas es usual en talleres y en diversos ambientes donde se realicen trabajos de acopio y/o almacenes. La presente memoria de cálculo se realiza con el fin de diseñar y verificar los parámetros normativos que deben cumplir los diferentes elementos que conforman la estructura metálica, tanto en resistencia como en rigidez. De igual manera se realizará el cálculo de desplazamientos máximos para cumplir los parámetros del RNE.
Fig. 1 estructura metálica modelada
2. ALCANCE El alcance del presente es el cálculo estructural de la configuración del techo del área intervenida con armadura y/o celosía y columnas de acero.
3. OBJETIVO El objetivo del presente documento es el cálculo estructural de la armadura y/o celosia, así como su diseño, asegurando que estas soporten las cargas a las que será sometidas; respetándose la filosofía de seguridad del Reglamento Nacional de Edificaciones. 2
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4. NORMAS TÉCNICAS UTILIZADAS. Tanto para el análisis como para el diseño se han seguido las indicaciones dadas por las siguientes normas técnicas:
Norma Técnica de edificación E020 – CARGAS
Norma Técnica de edificación E030 – DISEÑO SISMORESISTENTE
Norma Técnica de edificación E060 – CONCRETO ARMADO
Norma Técnica de edificación E090 – ESTRUCTURAS METÁLICAS
AISC 360-05
AISC 341-10
5. MATERIALES UTILIZADOS En el presente proyecto se tiene una cobertura con armaduras y/o celosías de acero las que trabajan como vigas principales y viguetas en la dirección perpendicular de las vigas principales; los elementos de soporte verticales (columnas) son de acero.
Armaduras y/o celosías de acero.
Viguetas de acero
Columnas de acero
Cobertura liviana de calamina.
Se busca que tanto las vigas como el techo sean de peso liviano, para que así la estructura que soporta esta cobertura no sufra grandes esfuerzos por el peso propio de esta. El material utilizado para la armadura fue el Acero A36 y sus respectivas propiedades mecánicas =
7850
= 29 000 = 36
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= 58
Fig. 2 Acero A36
6. CARGAS APLICADAS 6.1.
CARGA MUERTA (D):
Está dada por los pesos propios de los elementos que componen la estructura:
Acero: = 7850
Además, se incluirá la carga de la cobertura liviana.
6.2.
CARGA VIVA (L):
La cobertura no soporta carga viva, ya que es una cobertura a dos aguas en la cual no se tiene mayor acceso para transitar sobre ella, por lo que, según Reglamento Nacional de Edificaciones, en la norma E020 – Cargas, la carga a utilizar es de: 4
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/ = 30
m2
Esta carga es la mínima que se exige según el reglamento nacional de edificaciones.
Fig. 3 Aplicación de carga viva mínima
6.3.
CARGA SÍSMICA (E):
Esta fue calculada mediante análisis sísmico dinámico considerando el modelo de masas concentradas. En base a ello se encontró el espectro de aceleración de diseño según nuestra norma vigente NTE-030-actual. FACTORES Y ESPECTRO DE DISEÑO Los factores de diseño se han tomado de acuerdo a suelos típicos en el cercado de Arequipa, y de acuerdo a la norma E-030 para el sistema estructural tomado, tal como se indica a continuación:
Factor de zona (Z): se ha tomado Z=0.35 por estar ubicada en la ciudad de Arequipa ubicada en la zona sísmica 3 de la norma E-030 actual.
Factor de uso (U): se ha tomado U=1 por ser una edificación de categoría C (edificaciones comunes) cuya falla ocasionaría perdidas de cuantía intermedia. Dentro de esta clasificación se encuentran las instalaciones industriales. industriales.
Factor de suelo (S): se ha tomado S=1.15 por ser el suelo del lugar luga r de emplazamiento de la estructura un material granular de capacidad intermedia. Asociado a este tipo de suelo está el Periodo de suelo T p=0.60 seg, Tl=2.0
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Factor de amplificación sísmica (C): este se define mediante la siguiente s iguiente expresión
Donde Tp y TL son periodos de suelo y T es
el periodo fundamental de la estructura
Sistema estructura (R): Se ha tomado como factor de reducción de la fuerza sísmica R=7 por el sistema estructural de Acero de pórticos intermedios resistentes a momento.
Fig. 4 Espectro X-X
Fig. 5 Espectro Y-Y
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6.4
CARGA VIENTO (W):
Esta fue calculada mediante lo indicado en el reglamento nacional de edificaciones E-020 Cargas. En base a ello se encontró las cargas que debe soportar la cobertura: ℎ = (
ℎ
). 10
ℎ = 0.0 0.005 ∗ ∗ ℎ
Donde: Vh: Velocidad de diseño en la altura h en km/h V: Velocidad de diseño hasta 10m de altura en km (esta se indica i ndica en el mapa eólico del Perú) H: Altura sobre el terreno en metros C: Factor de forma adimensional indicado en tabla 4 en norma E-020 Ph: Presión o succión del viento a una altura h en kgf/m2 A la ciudad de Arequipa le corresponde una velocidad hasta 10 metros de altura de 85 km/h; teniéndose: ℎ = 85(
9.60 . ) 10
ℎ = 85/ℎ
En barlovento: ℎ = 0.00 0.005 5 ∗ −0.7 −0.7 ∗ 85 ℎ = −25.2875 /2
En sotavento: ℎ = 0.00 0.005 5 ∗ −0.6 −0.6 ∗ 85 ℎ = −21.675 /2
Una cara debe estar en barlovento y la otra en sotavento:
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Fig. 6 Aplicación de carga por viento
6.5
CARGA NIEVE (S):
Esta fue calculada mediante lo indicado en el reglamento nacional de edificaciones E020 Cargas. En base a ello se encontró las cargas que debe soportar la cobertura: cobertura: El valor mínimo de la carga básica de nieve es 40 kgf/m2; que es la que le corresponde a Arequipa ya que es excepcional que nieve.
Fig. 7 Aplicación de carga por nieve
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7. COMPROBACIONES DE DESPLAZAMIENTOS En esta sección nos concentramos en verificar que los resultados de análisis cumplen con las limitaciones indicadas en reglamento, para lo cual presentamos las comprobaciones de deflexión:
Fig. 8 Desplazamiento máximo en x
Fig. 9 Desplazamiento máximo en y
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Direccion
Deriva
Deri Deri va de
absoluta
entrepiso
R
Fa c tor
Desplazamient o analisis
Max. Norm orma
Crite Criterio rio
X-X
0.0 02 3 0 .00 04 10 71 4
7
0.75
0.0 02 15 63
0.01 OK
Y-Y
0.0 00 9
7
0.75
0.0 00 78 75
0.01 OK
0.0 00 15
8. BASES DE CALCULO 8.1.
DESCRIPCION Y BASES DE CÁLCULO
El proyecto describe una cobertura a dos aguas la cual soportara tanto cargas de viento como de nieve, entre otras; para lo cual se aplica las combinaciones indicadas en el RNE. La cobertura consta de celosías compuestas de ángulos metálicos, a su vez se dispone de unas viguetas transversales a las celosías, y el conjunto soporta una cobertura cobertura ligera. Toda la estructura está apoyada sobre columnas metálicas, las cuales envían la carga a las zapatas y estas al terreno. Como se explica en el párrafo anterior la configuración estructural es la adecuada, ya que la carga es transferida de las vigas a las columnas y de estas a la cimentación. c imentación. Se asignó la carga de sismo s ismo a la estructura, sin embargo, al ser una estructura de un solo nivel, no sufrirá grandes deformaciones ni esfuerzos por el sismo.
8.2.
COMBINACIONES DE CARGA
Se usaron las siguientes combinaciones de carga y esfuerzos:
øR≥ 1.4 D
øR≥ 1.2 D + 1.6L + 0.5(Lr o S)
øR≥ 1.2 D + 1.6(Lr o S) + (0.5L o 0.8W)
øR≥ 1.2 D + 1.3W+0.5L + 0.5(Lr o S o R)
øR≥ 1.2 D ± 1.0 E + 0.5 L + 0.2 S
øR≥0.9 D ± (1.6 W o 1.0 E)
Dónde:
D = Carga muerta
Lr = Carga viva techo
L = Carga debido 10
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W = Carga viento
E = Carga por sismo
S = Carga por nieve
R=Carga por lluvia o granizo
Como se mencionó líneas arriba en el análisis se han considerado las fuerzas laterales producidas por el viento, ya que en este caso estas cargas predominan sobre las de sismo.
8.3.
ESFUERZOS EN LA ESTRUCTURA
Los esfuerzos de la estructura fueron analizados para el diseño de los elementos estructurales en base a las combinaciones de carga de los estados límite de esfuerzos últimos y estabilidad.
8.4.
DISEÑO ESTRUCTURAL
El diseño estructural se elaboró en base al código de diseño de los siguientes reglamentos: reglamentos:
AISC 360-10
ASIC 341-10
Manual AISC para la construcción con acero.
NTE 090 de Estructuras Metálicas.
Para realizar el diseño de las vigas se tomaron las propiedades del manual AISC para la construcción con acero.
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Fig. 10 Esfuerzos axiales en elementos
Fig. 11 Esfuerzos de momentos en elementos
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A continuación, se realizará un ejemplo de diseño de un elemento de celosía:
Datos de elemento y verificación de elemento (compacto, no compacto o esbelto)
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Carga axial máxima nominal del elemento
La carga máxima nominal que puede resistir el elemento es 72.49 kip, interpolando en el gráfico. Por lo que tenemos: 56.999 < 72.49
Entonces el elemento es capaz de soportar las cargas a las que esta sometido.
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9. RECOMENDACIONES
Se recomienda colocar arriostre en la cobertura, ya que estas restringirán a la estructura en si proporcionándole proporcionándole rigidez y evitando desplazamientos desplazamientos excesivos.
Las conexiones armaduras columnas deben ser las adecuadas con planchas de acero de tal manera que la transmisión de esfuerzos sea la correcta.
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