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MEMORIA DE CLCULO
1. PROYECTO ESTRUCTURAL................................................................ .................................................. 2
1.1 OBJETIVO DEL ANLISIS ESTRUCTURAL........................................................................... .................. 2
1.2
CARGAS............................................................................................................................................... 3
1.2.1 CARGA MUERTA........................................................... ................................................................. ....... 3
1.2.2
CARGA VIVA...................................................... ................................................................. .................. 4
1.2.3 CARGA DE NIEVE................................................................................................................................. 4
1.2.4 CARGA POR SISMO............................................................................................................ .................. 6
1.2.5 CARGA DE VIENTO....................................................... ................................................................. ....... 9
1.1 COMBINACIONES DE CARGA............................................................................................................. 11
1.2 DESPLAZAMIENTOS PERIODOS DE VIBRACIN Y FRECUENCIAS MODALES.................................... 13
2. ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL................................................................................................... 15
2.1 ANALISIS ESTRUCTURAL Y DISEO DE LA ESTRUCTURA METALICA................................................. 15
2.1.1
DISEO DE LA ESTRUCTURA EN 3 DIMENSIONES............................................................. ................ 17
2.1.2 DISEO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES.................................................... ........................... 21
3.
CONCLUSIONES........................................................... ................................................................. ..... 24
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1. PROYECTO ESTRUCTURAL
CONDICIONES DEL EDIFICIO
Para darle la adecuada rigidez lateral y resistencia ssmica, la estructura de la edificacin est compuestapor muros de corte, columnas y vigas de concreto armado, ubicados en ambos sentidos, formando prticos
simples y mixtosEl anlisis estructural de la cobertura metlica se elabora para cada condicin de carga, a saber: cargamuerta, carga viva que sera la sobrecarga, carga de nieve, cargas de viento y anlisis dinmico conespectro de respuesta.La estructura es de acero y se realizara el diseo y el anlisis con ayuda del programa ETABS.
1.1 OBJETIVO DEL ANLISIS ESTRUCTURAL.
En la presente memoria de clculo se disear una estructura metlica que ser capaz de soportarcargas de sismo, cargas de nieve o granizo, cargas de viento y la sobrecarga segn RNE.
Presentar una alternativa de reforzamiento en caso que la estructura falle por fuerzas ssmicas.Tubos rectangulares de acero
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CONFIGURACIN DE LA ESTRUCTURA METALICA.
Fig. 01 Modelo Tridimensional de la Estructura
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CARGAS1.2.1 CARGA MUERTA
Para el valor de la carga muerta se ha determinado el rea tributaria para cada nudo los materialesempleados y con sus pesos.El material utilizado en los tijerales es de acero peso = 7.85ton/m3. Su propio peso.Cobertura liviana de calamina de 0.22mm de dimensiones de 0.80mx3.60mEl material utilizado en las columnas y vigas es de concreto armado peso = 2.4ton/m3.Albailera con enlucido = 1900 kg/m3
Fig. 02 Asignacin de Carga Muerta
Columna CA0.50mx0.50m
Columna CA0.25mx0.25m
Muro deAlbailera 0.15m
EstructuraMetlica curvaEstructura
Metlica curva
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1.2.2 CARGA VIVA
Dentro de los alcances del proyecto est la presencia de una carga segn reglamento nacional deedificaciones E 0.20 la carga viva.Para techos curvos = 50 kg/m2
Fig. 03 Asignacin de Carga Viva.
1.2.3 CARGA DE NIEVE.
Dentro de los alcances del proyecto est la presencia de una carga segn reglamento nacional deedificaciones E 0.20 la carga de nieve.La estructura y todos los elementos de techo que estn expuestos a la accin de cargas de nieve serndiseados para resistir las cargas producidas por la posible acumulacin de la nieve en el techo. La
sobrecarga de nieve en una superficie cubierta es el peso de la nieve que, en las condicionesclimatolgicas ms desfavorables, puede acumularse sobre ella.En zonas en las cuales exista posibilidad de nevadas importantes, deber prestarse especial atencinen la seleccin apropiada de las pendientes de los techos.
Carga bsica de nieve sobre el suelo (Qs).
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Carga de nieve sobre los techos (Qt).
Para techos curvos = 40 kg/m2
Fig. 04 Asignacin de Carga Nieve.
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1.2.4 CARGA POR SISMO
El anlisis ssmico se realiza de acuerdo a la NTE 030 de diseo sismo-resistente y en base al mtodoespectral y para ello se calcula el espectro de respuesta de aceleracin de diseo para el coliseo. Esoportuno destacar aqu que la fuerza inercial inducida por los sismo son mnimas debido a que la
estructura es ligero y por su masa mnima.
Esta norma se aplica al diseo de todas las edificaciones nuevas, a la evaluacin y reforzamiento delas edificaciones existentes y a la reparacin de las edificaciones que resultaran daadas por la accinde los sismos.
Siendo los objetivos:
Resistir sismos leves sin dao. Resistir sismos moderados considerando la posibilidad de daos estructurales leves. Resistir sismos severos con posibilidad de daos estructurales importantes, evitando el
colapso de la edificacin.
Parmetros de sitio:Zonificacin: el Per se encuentra dividido en tres zonas, segn se muestra en la figura adjunta al final.Esta divisin est de acuerdo a la distribucin de la sismicidad observada y la atenuacin de stoscon la distancia epicentro.
A cada zona se le asigna un factor Z segn se indica en la tabla1. Este factor es la aceleracin mximadel terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 aos.
TABLA 1FACTORES DE ZONA
ZONA FACTOR DE ZONA-Z(g)
321
0.40.30.15
Ser requisito la realizacin de los estudios de microzonificacin (son estudios multidisciplinarios queinvestigan los fenmenos de sismo y otros fenmenos asociados) en los siguientes casos:
reas de expansin de ciudades. Complejos industriales o similares. Reconstruccin de reas urbanas destruidas por sismos y fenmenos asociados.
Para los efectos de esa norma, los perfiles de suelo se clasifican tomando en cuenta las propiedadesmecnicas del suelo, el espesor del estrato, el periodo fundamental de vibracin y la velocidad depropagacin de las ondas de corte. Los tipos de perfiles del suelo son cuatro:
Perfil tipo S1: roca o suelos muy rgidos. Perfil tipo S2: suelos intermedios. Perfil tipo S3: suelos flexibles o con estratos de gran espesor.
Perfil tipo S4: condiciones excepcionales.
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Deber considerarse el tipo de perfil que mejor describa las condiciones locales, utilizndose loscorrespondientes valores de Tp, y del factor de amplificacin del suelo S, dados en la tabla N2.
Tabla N2
Tipo Descripcin Tp(s) S
S1
S2
S3
S4
Roca o suelos muy rgidos
Suelos intermedios.
Suelos flexibles o con estratos de gran espesor
Condiciones excepcionales
0.4
0.6
0.9
*
1.0
1.2
1.4
*
El factor de amplificacin ssmica de acuerdo a las caractersticas de sitio, se define el factor deamplificacin ssmica (C) por la siguiente expresin:C=2.5 [Tp/T] 1.25, C
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Fig. 05 Espectro de respuesta ssmica.
C 1.0
2 0.30
S2 0.60
9.81 1.20
6.50
2.00
4.88
0.72
T (s) C ZUCSg/R
0.00 2.50 1.8111
0.02 2.50 1.8111
0.04 2.50 1.8111
0.06 2.50 1.8111
0.08 2.50 1.81110.10 2.50 1.8111
0.12 2.50 1.8111
0.14 2.50 1.8111
0.16 2.50 1.8111
0.18 2.50 1.8111
0.20 2.50 1.8111
0.25 2.50 1.8111
0.30 2.50 1.8111
0.35 2.50 1.8111
0.40 2.50 1.8111
0.45 2.50 1.8111
0.50 2.50 1.8111
0.55 2.50 1.8111
0.60 2.50 1.8111
0.65 2.31 1.6718
0.70 2.14 1.5524
0.75 2.00 1.4489
0.80 1.88 1.3583
0.85 1.76 1.2784
0.90 1.67 1.2074
0.95 1.58 1.1438
1.00 1.50 1.0866
2.00 0.75 0.5433
3.00 0.50 0.3622
4.00 0.38 0.2717
5.00 0.30 0.2173
6.00 0.25 0.1811
7.00 0.21 0.1552
8.00 0.19 0.1358
9.00 0.17 0.1207
10.00 0.15 0.1087
ESPECTRO DE SISMO SEGN NORMA E-030
EstructReg(1),Irreg(2)
Factor de Escalar (ZUSg/R)
R a usar =
U
Z
Tp (s)
R
Aceleracion de la Gravedad S
Acero, Arriostres Excntricos
Categoria Edificio
Zona Ssmica
Tipo de Suelo
Coeficicente de red.
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00
Sa
=
ZUCSg/R(m/s2)
PERIODO "T" (seg.)
ESPECTRO DE SISMO NORMA E-030 2006
Sa
mica)cacin Ssde AmplifiFactorCCT
TxC
EspectralnAceleracixgR
ZUCSS
P
a
(5.2;5.2
)(
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1.2.5 CARGA DE VIENTO
La presin dinmica se ha determinado en base a la velocidad de diseo del viento para nuestracobertura se ha determinado una velocidad de diseo de 82km/h segn el mapa elico del Per.
Las fuerzas de viento actan como presiones sobre las superficies verticales a barlovento, como
presiones o succiones sobre superficies inclinadas a barlovento (dependiendo de la pendiente) y comosucesiones sobre superficies planas y superficies verticales o inclinadas a sotavento (debido a lacreacin de presiones negativas o vacas)
Durante el paso de un huracn ocurre una fuerte reduccin de la presin atmosfrica. Esta reduccinde la presin no se manifiesta dentro de edificios hermticamente cerrado y las presiones Internas, alser mayores que la externas, originan fuerzas hacia el exterior sobre los techos y las paredes.
Velocidad de Diseo
La velocidad de diseo hasta 10 m de altura ser la velocidad mxima adecuada a la zona de ubicacinde la edificacin pero no menos de 75 km/h. La velocidad de diseo del viento en cada altura de laedificacin se obtendr de la siguiente manera.
Vh=V (h/10)*0.22
Dnde: Vh es la velocidad de diseo en la altura h en km/h, V es la velocidad de diseo hasta 10 m dealtura en km/h y h es la altura sobre el terreno en metros.
Carga exterior de Viento
Se supondr que la fuerza o presin ejercida por el viento ser perpendicular a la superficie. Secalcular de la expresin:Ph= 0.005 C Vh2Ph: presin o succin (kg/m2)
C: factor de forma adimensionalVh: velocidad de diseo a la altura h, en km/h
FACTORES DE FORMACONSTRUCCIN BARLOVENTO SOTAVENTO
Superficies verticales de edificios +0.8 -0.6Anuncios, muros aislados, elementos con una
Dimensin corta en el sentido del viento+1.5
Tanques de agua, chimeneas y otros de seccinCircular o elptica
+0.7
Tanques de agua, chimeneas y otros de seccincuadrada o rectangular
+2.0
Arcos y cubiertas cilndricas con un ngulo de
Inclinacin que no exceda los 45.
+0.8 -0.5
Superficies inclinadas a 15 o menos +0.3-0.7
-0.6
Superficies inclinadas entre 15 y 60 +0.7-0.3 -0.6
Superficies inclinadas entre 60 y la vertical +0.8 -0.6El signo positivo indica presin y el negativo succin
Carga Interior de Viento
Para el diseo de los elementos de cierre, incluyendo sus fijaciones y anclajes, que limitan en cualquierdireccin el nivel que se analiza, tales como: paneles de vidrio, coberturas, alfizares, y paneles, seadicionar a las cargas exteriores calculadas segn la tabla de arriba, las cargas interiores (presiones
o succiones) calculadas por los factores de forma para presin interior de la tabla siguiente:
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Factores de forma para determinar cargas adicionales en elementos de cierre (C)
ABERTURASUniforme en lados
A barlovento ysotavento
Principales en ladoDe barlovento
Principales en ladoDe sotavento o en los
costados
+0.3 +0.8 -0.6
Fig. 06 Mapa elico del Per
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Velocidad segn mapa elico del Per:
V = 85 KM / H a 10 m del suelo (Cuzco)
Vh = 85*(10.5/10)^0.22 = 85.92 km/hPh = 0.005*(+/-)0.8*85.92^2 = +/- 29.53 kg/m2 BarloventoPh = 0.005*(-) 0.5*85.92^2 = - 18.46 kg/m2 Sotavento
Fig. 07 Asignacin de Carga Viento.
1.1 COMBINACIONES DE CARGA
Se han considerado las cargas de diseo de acuerdo a la zona su orografa, topografa, clima, suelo y elsitio para cargas ssmicas y base a ello se ha calculado todas las cargas que actuaran posiblemente sobrela estructura y sus columnas de soporte adems se contempl la carga viva por montaje y las cargasconsideradas se detallan a continuacin:Combinaciones de la condiciones de carga de acuerdo al cdigo del AISC por el mtodo LRFD:
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Fig. 05 Diagrama de fuerzas Axiales.
Fig. 06 Diagrama de momentos flectores.
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Fig. 07 Diagrama de fuerzas cortantes.
1.2 DESPLAZAMIENTOS PERIODOS DE VIBRACIN Y FRECUENCIAS MODALES.
Desplazamiento de la edificacin
(
i/hi)0.007
0.010
0.005
0.010
0.005
LIMITES PARA LA DISTORSION DE ENTREPISO
Material PredominanteConcreto Armado
Acero
Albaileria
Madera
Muros de Ductilidad Limitada
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Distorsiones y Desplazamientos
En la tabla se muestran los resultados de los periodos de vibracin y frecuencias, que indicar laimportancia de cada modo en su respectiva direccin.Mximo Desplazamiento Relativo de Entrepiso:En la direccin X-X: DIF x 0.75 x R / hei 0.005
En la direccin Y-Y: DIF x 0.75 x R/ hei 0.005Se consider 0.005 ya que la estructura cuenta con columnas de concreto armado con vigas ymuros de albailera y tijerales de acero en ambas direcciones.En los siguientes cuadros se muestran los desplazamientos relativos y distorsiones obtenidas encada nivel.
En la direccin del eje X, eje Y. el desplazamiento de entrepiso es menor a 0.005 del centrode masas, el diseo es correcto con respecto a la base de los tijerales.
Distorsiones y Desplazamientos de la estructura metlica.
Desplazamiento mximo en la direccin X es de 0.097mDesplazamiento mximo en la direccin Y es de 0.0002mDesplazamiento mximo en la direccin Z es de 0.0074m
Elevacin frontal de la estructura metlica.
4.88 0.75
ENTREPISO D(ETABS) Di(cm) Hi(cm) i=Di*0.75*R i=i+1 - i ai=di/Hi
1 0.0004 0.040 550.0 0.146 0.146 0.0003 CUMPLE
CONTROL DE LIMITES PARA LA DISTORSION DE ENTREPISO EN LA DIRECCION X-X
Factor de Reduccion "R" a usar = Edificacion Irregular DERIVA DE
ENTREPISO
4.88 0.75
ENTREPISO D(ETABS) Di(cm) Hi(cm) i=Di*0.75*R i=i+1 - i ai=di/Hi
1 0.0002 0.020 550.0 0.073 0.073 0.0001 CUMPLE
CONTROL DE LIMITES PARA LA DISTORSION DE ENTREPISO EN LA DIRECCION Y-Y
Factor de Reduccion "R" a usar = Edificacion Irregular DERIVA DE
ENTREPISO
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Desplazamiento mximo en la direccin X es de 0.1033mDesplazamiento mximo en la direccin Y es de 0.0002m
Desplazamiento mximo en la direccin Z es de 0.0084mElevacin lateral de la estructura metlica.
2. ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL
2.1 ANALISIS ESTRUCTURAL Y DISEO DE LA ESTRUCTURA METALICA.
Se realizo el analisis estructural de la estructura metalica y se determino las secciones optimos para eldiseo de los tijerales, columnas de concreto y correas de la estrcutura que sostendran la cobertura livianao similar.
Se evaluo distintas secciones y espesores en una lista en el cual el programa lo itera para obtener unaseccion optima que es capas de resistir fuerzas sismicas y de gravedad.De las vigas de la parte superior e inferios del tijeral de 0.50m de peralte de los tijerales.T: 40x80x2.5mm
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La seccion del acero de las diagonales y montantes del tijeral de 0.5m de peralteT: 40x40x2mm
La seccion del acero de las vigas correas del tijeral de 0.5m de peralteT: 40x80x2.5mm
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2.1.1 DISEO DE LA ESTRUCTURA EN 3 DIMENSIONES
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Elevacin frontal de la estructura metlica.
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Elevacin posterior de la estructura metlica.
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Elevacin interior de la estructura metlica.
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Vista en Planta de la estructura metlica.
2.1.2 DISEO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES
T: 40X80X2.5mm
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T: 40X40X2.0mm
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3. CONCLUSIONES
El acero de los tijerales es correcto segn diseo, los detalles del acero y uniones de acerose observa en los planos de estructuras, con sus respectivos detalles. Las secciones sonadecuadas para evitar fallas estructurales por sismo y cagas verticales.
Se determino la seccion los elementos de los tijerales de:De las vigas de la parte superior e inferios del tijeral de 0.50m de peralte de los tijerales.T: 40x80x2.5mmLa seccion del acero de las diagonales y montantes del tijeral de 0.5m de peralteT: 40x40x2mmLa seccion del acero de las vigas correas del tijeral de 0.5m de peralteT: 40x80x2.5mm
La seccion de los acero de los tijerales son adecuados para evitar deflexiones excesivas enlos tijerales de 0.5m de peralte.
Las derivas de la estructura son menores a 0.005 como indica el reglamento nacional de
edificaciones. de la edificacion de albaileria que soporta la estrcutura metalica de formacurva.
el control de las deflexiones son adecuadas para la estructura metalica en forma de curva.