estructuración acero

8/19/2019 Estructuración acero

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Universidad de Chile

Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas

Departamento de Ingeniería Civil

CI6201 Proyecto de Estructuras de Acero

Informe Final

Diseño Edificio Porta Grúa

: Camilo Córdova

Walter Navarrete

Natalia Ramírez

Fernando Ruiz

: Elizabeth Silva

Horacio Pinochet

: 21 de diciembre, 2015

Integrantes

Profesor

Fecha de Entrega


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ÍndiceIntroducción .................................................................................................................................... 1

1. Estructuración .......................................................................................................................... 2

1.1. Columnas .......................................................................................................................... 2

1.2. Arriostramientos .............................................................................................................. 2 1.3. Costaneras ........................................................................................................................ 3

1.4. Colgadores ........................................................................................................................ 4

1.5. Columnas de Viento ......................................................................................................... 4

1.6. Viga Porta Grúa ................................................................................................................ 4

2. Modelo Computacional ........................................................................................................... 6

2.1. Cargas ............................................................................................................................... 6

2.2. Combinaciones de carga ................................................................................................ 10

2.3. Periodos de vibrar .......................................................................................................... 10

2.4. Verificación de Deformaciones ...................................................................................... 11

3. Diseño de Elementos ............................................................................................................. 11

3.1. Costaneras ...................................................................................................................... 11

3.2. Colgadores ...................................................................................................................... 11

3.3. Revestimiento ................................................................................................................ 12

3.4. Columnas de Viento ....................................................................................................... 12

3.5. Columnas ........................................................................................................................ 13

3.6. Arriostramientos ............................................................................................................ 13

3.7. Cerchas ........................................................................................................................... 14

3.8. Viga Porta grúa ............................................................................................................... 14

4. Diseño elementos especiales ................................................................................................ 16

4.1. Silla de Anclaje................................................................................................................ 16

4.2. Llave de Corte ................................................................................................................. 18

4.3. Conexión de la base de la columna al arriostramiento ................................................. 20

5. Cubicación.............................................................................................................................. 22

ANEXOS ......................................................................................................................................... 23

ANEXOS: Cálculo costaneras ......................................................................................................... 24

ANEXOS: Cálculo colgadores ......................................................................................................... 26

ANEXOS: Cálculo Revestimientos ................................................................................................. 27

ANEXOS: Columnas de viento ....................................................................................................... 28


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ANEXOS: COLUMNAS .................................................................................................................... 31

ANEXOS: Cálculo Arriostramientos ............................................................................................... 41

ANEXOS: Cálculo Cerchas .............................................................................................................. 47

ANEXOS: Cálculo Silla de Anclaje .................................................................................................. 51

ANEXOS: Cálculo Llave de corte .................................................................................................... 54


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Introducción

El presente informe corresponde diseño de la estructura de acero del proyecto “Edificio Porta

grúa”, desarrollado para el curso Proyecto de Acero CI6201. Este se encuentra ubicado en la

Región Metropolitana, Comuna de Maipú, cercano al rio Maipo.

En primer lugar, se estudia la estructura, seleccionando aquellos elementos que son estructurales

y los que no, tal de elaborar un esquema inicial de la forma de la estructura. En este paso, se

definen las dimensiones y orientaciones, siguiendo tanto la normativa correspondiente como las

opciones que entreguen un diseño más óptimo.

Posteriormente, se definen las cargas a aplicar, considerando solo aquellas que sean relevantes

según la ubicación y uso de la estructura, estando entre las cargas externas las de viento (la más

relevante), sísmica y nieve (pequeña pero, por normativa, existente). Estas cargas son aplicadas

a la estructura utilizando el programa SAP2000, eligiendo de esta forma los perfiles definitivos

para los elementos estructurales.

Para los elementos no estructurales se sigue la AISC, tomando como principal criterio el factor

de utilización, con el fin de no sobredimensionar.

En este informe, se incluye adicionalmente el diseño de una conexión, correspondiente a la unión

de las columnas con los arriostramientos en la base.


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1. Estructuración

1.1. Columnas

Se utilizan apoyos empotrados en la conexión con la fundación, tal de transmitir el momento y

utilizar perfiles de menores dimensiones. Los pernos de anclaje estarán alejados de la columnatal de obtener la unión deseada (Imagen 1).

Imagen 1: Apoyo en columnas

En cuanto a la orientación de los perfiles, para las columnas de marco se orientan tal que trabaje

el eje fuerte en el plano frontal; y débil en el lateral. Esto ya que en la vista frontal la longitud de

pandeo es mayor a la lateral, donde los arriostramientos limitarán los desplazamientos. La

orientación se muestra en la Imagen 2.

Imagen 2: Orientación perfil columnas

1.2. Arriostramientos

Se utilizará un sistema de arriostramiento de crucetas, que consiste en diagonales cruzadas que

estabilizarán el marco. En el caso de las caras laterales, los arriostramientos servirán para

reemplazar los que podrían ir en la nave, que no se pueden ubicar ahí ya que se necesita ese

espacio libre para circular.


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Se arriostra lo más simétrico posible, y el techo sigue el diseño lateral, tal dar continuidad. Los

esquemas de los arriostramientos laterales y de techo; se muestran en las Imágenes 3, 4 y 5.,

siquiendo las diposiciones de la NCh2369.

Imagen 3: Arriostramiento lateral

1.3. Costaneras

Estas se ubicarán por encima de la cuerda superior, con una separación de 1.75[m]. Al colocar lascostaneras, estas deben mirar hacia abajo, es decir, con la zona abierta de la sección hacia el

hombro del galpón, lo que es necesario para que toda la sección trabaje completa. Por el

contrario, si las costaneras se colocan al revés la sección no trabajará completamente frente a la

solicitación. Lo anterior se muestra en la Imagen 6.

Imagen 4: Arriostramiento cuerda superior Imagen 5: Arriostramiento cercha inferior


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Imagen 6: Ubicación costaneras

1.4. Colgadores

Se consideran dos colgadores entre columnas, a L/3, tal de acordar la luz de las costaneras (al

trabaja), obteniendo una separación de 2m.

1.5. Columnas de Viento

Las columnas de viento, son los elementos no estructurales que tomarán la carga de viento en

las caras frontal y posterior, donde no hay columnas de marcos.

Las columnas de viento van ubicadas en las caras donde no hay columnas de marcos, espaciadas

a 680cm en los extremos y 810cm en el centro, tal de lograr simetría entre la cara frontal y

posterior, con 544cm de altura.

Imagen 7: Distribución Columnas de viento

1.6. Viga Porta Grúa

Se usa la configuración mostrada en la Imagen 8, correspondiente a grúas livianas, ya que las

columnas pueden tomar la carga. Los extremos deben fijarse tal que la estructura sea

simplemente apoyada, pero en este caso no se generan conexiones entre dos secciones de vigas

ni se colocan diafragmas que conecten la sección media del alma hacia la columna, para evitar

las posibles fallas.


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Imagen 8: Configuración viga a utilizar

Dado que las columnas del marco están separadas cada 6 metros se ha de utilizar vigas de 6metros de igual forma, dado que los proveedores solo disponen de dos mediadas (de 6 y 12 m).

Se vincularán las vigas porta grúa al marco y entre ellas es como se muestra en la Imagen 9.

Imagen 9: Vinculación viga porta grúa al marco


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2. Modelo Computacional

2.1. Cargas

Se considera el peso propio de elementos estructurales y secundarios, viento, nieve y sismo

horizontal. Se iteran perfiles en el programa SAP2000 hasta encontrar aquellos que cumplan con

las solicitaciones, lo que se detalla a continuación.

Imagen 10: Modelo computacional

2.1.1. Peso Propio

La estructura está hecha de acero estructural de tipo ASTM A36, cuyo peso específico es de 7850

kgf/cm3. Las secciones utilizadas para los elementos estructurales son:

VIGAS: IPE 300

COLUMNAS: HEB 500

RIOSTRAS: HE 120 B

En el modelo computacional, realizado en SAP2000, se define el material A36 con suspropiedades correspondientes, y se define la carga “DEAD” asignando un factor 1.15 (en “load

patterns”) tal de considerar el peso de las conexiones como un peso adicional (15%).


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Los elementos secundarios (no estructurales) se modelan como una carga distribuida sobre las

superficies de techumbre y lateral. Estos consisten en las costaneras y los revestimientos:

COSTANERAS: CA200x50x5

REVESTIMIENTOS: PANEL PV-4

La carga de los revestimientos, correspondientes a 5.75kg/m2, se distribuye en las costaneras,

espaciadas a 1.75[m], obteniendo 10.06kg/m. A este peso, se suma el de las costaneras, de

13.56kg/m, peso que se distribuye de forma puntual sobre las cerchas, espaciadas a 6m.

5.75/2∙1.75 10.06

+ 10.06

13.56

∙6 141.5

Para el caso de las costaneras laterales, se utiliza el mismo perfil, pero llevando la carga a las

columnas, sumando el peso de revestimiento a la carga distribuida resultante:

. 13.56 / 1.75 ∙ 6 46.5 , 5.75 ∙6 34.5

+

35.5 46.5

∙ 6 81 /

2.1.2. Viento

Las cargas fueron calculadas en el Informe 1, y corresponden a las de la Tabla 1, siguiendo el

esquema por zonas de la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.. Se modela comouna carga lateral distribuida sobre las vigas y la sección lateral de las columnas (ancho de ala).

De los cálculos se obtiene que los valores obtenidos para estas cargas son: 70 kgf/m distribuido

linealmente en las columnas, 71,4 kgf/m distribuido linealmente en las vigas longitudinales y

riostras, en las zonas centrales.


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Imagen 11: Distribución cargas viento

Tabla 1: Cargas de viento

Zona p neta [kg/m2]

1 0,6556

2 0,894

3 1,7284

4 0,6556

5 0,7152

2.1.3. Nieve

Las cargas de nieve corresponden a cargas distribuidas sobre el techo, que se actúa normal al

área en planta. Esta fue determinada en el Informe 1, y corresponde a 25kg/m 2. En el modelo

computacional, se representan como cargas puntuales sobre las vigas, en donde llegan las

costaneras (al igual que se consideró el revestimiento).

25 / ∙ 1.75 ∙ 6 262.5


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2.1.4. Sismo

El análisis sísmico se realiza mediante el Método Estático estipulado en la norma

NCh2369, cargando un espectro de aceleraciones calculado considerando los siguientes

parámetros:

Tabla 2: Parámetros de diseño para análisis sísmico estático

FACTOR IMPORTANCIA 1 MARCO DE ACERO APERNADO ZONA SISMICA 2 ξ 0,03

A0 [g] 0,3 MARCO DE ACERO DUCTILES TIPO DE SUELO II (B) R 5

T' [s] 0,35 - -

n 1,33 - -

Gráfico 1: Espectro utilizado

0

2

4

6

8

10

0 0,5 1 1,5 2

S a [ m / s 2 ]

Periodo[s]

Espectrode aceleraciones ( Zona 2, suelo B)


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2.2. Combinaciones de carga

Las combinaciones de carga definidas en el programa corresponden a las estipuladas en la

NCh3171 of 2010 mostradas a continuación (se omiten aquellas que se consideran irrelevantes):

Tabla 3: Combinaciones de carga

1,4D1,2D+1,6L

1,2D+1,6Lr+0,8W

1,2D+1,6W+0,5Lr

1,2D+1,4SX+Lr

1,2D+1,4SX+Lr

1,2D+1,4SY+Lr

1,2D+1,4SY+Lr

0,9D+1,6W

0,9D+1,4SX

0,9D+1,4SX0,9D+1,4SY

0,9D+1,4SY

2.3. Periodos de vibrar

Los periodos de vibrar obtenidos se muestran en la Tabla 4, donde se observa que se cumple con

el movimiento de al menos el 90% de la masa.

Tabla 4: Modos de vibrar

OutputCase Item Static Dynamic

Text Text Percent Percent

MODAL UX 99,9718 97,5902

MODAL UY 87,9961 12,0115

MODAL UZ 0,0078 0,0005834

A parte del análisis realizado en SAP2000, se obtiene que los periodos correspondiente a X y

a Y son:

Tx= 0,8 [s]

Ty= 0,45 [s]

Determinados a partir de la tabla “Modal Participation Mass Ratios”, como el periodo

asociado al mayor movimiento de masa.


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2.4. Verificación de Deformaciones

Según los criterios de diseño, se definen los valores de deformaciones admisibles en los

elementos, y se comparan con los valores de deformaciones obtenidos para el modelo

computacional.

Tabla 5: Verificación deformacionesElemento Deformación Admisible Deformación según cargas Verificación

Columnas L/250= 0.0338 m Deflexión: 0,000085088 m CUMPLE

Vigas (superiores

entre marcos)

L/300 = 0.0223 m Deflexión: 0,000053321 m CUMPLE

Cerchas

Cuerda Inferior L/700= 0.0233 m Al centro: -0,0000693 m CUMPLE

3. Diseño de Elementos

Los elementos estructurales y secundarios se diseñan según las solicitaciones, verificando que no

fallen y a la vez, no estén sobredimensionados. Esto se hace según la AISC, y los cálculos

correspondientes a cada sección se encuentran en los ANEXOS.

3.1. Costaneras

La estructuración de las costaneras depende del peso propio, en que se incluye revestimiento

(panel AT-4), viento y sobrecarga de techo. Se considera una inclinación del eje “x” de 15°

(correspondiente a la pendiente del techo), y el perfil canal CA200x50x5 mencionado

anteriormente.

Se verifican a flexión según la AISC 2010, donde se determina que el momento de diseño

corresponde a 2.508·103kgf·m y, por lo tanto, es mayor a la solicitación, correspondiente a

2.032·103kgf·m; obteniendo un FU=0.81 (φ=0.9), indicando que la costanera no queda

sobredimensionada.

3.2. Colgadores

Los colgadores deben ser capaces de restringir el volcamiento de las costaneras, por lo que debentransmitir cargas axiales. Estas son peso propio, viento y sobrecarga, que resultan en una

solicitación de 181.486kgf. Se utiliza un perfil L100x100x4, con separaciones a 2m, y se obtiene

una carga de diseño de 213.1kgf, mayor a la solicitación, con FU=0.95.


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3.3. Revestimiento

El panel de revestimiento corresponde al panel modelo PV-4 (ASTM A -792 – 86 Az50), y se escoge

según las cargas admisibles.

Para techo, el panel depende de la sobrecarga y la succión del viento. La sobrecarga es de 168

kg/m2, y se determina mediante la combinación (4) de la NCh3171 Of2010, utilizando el caso másdesfavorable entre sobrecarga de uso y carga de nieve (correspondiente al primero). La succión,

determinada por la NCh432 Of 2010, corresponde a 90 kg/m2 para la zona más desfavorable

(según detalle en Imagen 11 y Tabla 1).

El panel a utilizar será de 0,6mm, cumpliendo con la deformación admisible para revestimientos

de L/200, y esto se verifica mediante las tablas del fabricante, construidas en base a la AISI1986

en que se indica que para separación de costaneras de 1.75m, una sobrecarga de 210kg/m2 y

succión de 301kg/m2, la deformación es menor a L/200 (Tabla 6)

Para los revestimientos laterales, controla la velocidad del viento, y este corresponde a 35m/s

(según zonificación, NCh3171). Para 0,6mm y longitud máxima entre apoyos de 325cm, se

cumple la condición de deformación (Tabla 7); por lo que se utiliza el mismo revestimiento que

en techo.Tabla 6: Cargas admisibles panel.

Tabla 7: Especificaciones panel AT-4

3.4. Columnas de Viento

Las columnas de viento corresponden a perfiles doble T, IN 40X39.6. Estos recibirán la carga de

viento (70kg/m2) en la cara frontal y posterior del galpón, donde no hay columnas estructurales.

Se consideran 4 columnas, espaciadas a 685cm en los extremos y 810cm en el centro, tal de lograr

simetría entre la cara frontal y posterior.


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El caso más desfavorable corresponde a las columnas centrales de la cara posterior (¡Error! Nose encuentra el origen de la referencia.), que recibirán más carga al existir una luz mayor entreellas.

A flexión, se obtiene un momento de diseño de 212.8tonf·cm, frente a una solicitación de

218.143tonf·cm, por lo que FU=1.025, indicando que no está sobredimensionado.

Se verifica también la deformación. La deformación admisible corresponde a L/200=0.027m, y se

tiene que la flecha mayor se obtiene en L/2, con un valor de 4·10-3m, siendo menor a la admisible,

cumpliendo por lo tanto.

3.5. Columnas

Las cargas que actúan en las columnas corresponden a peso propio y cargas de viento, siendo los

casos más desfavorables aquellos en que se recibe el peso de la viga portagrúa. Se verifica el

diseño a flexión y compresión, para un perfil HEB500.

Para la flexión, se obtiene un momento de diseño de 183.311 tonf·m, frente a una solicitación de

146,054tonf·m, por lo que resiste con un FU=0.8. Para el caso de la compresión, la resistencia de

diseño es de 625.761tonf, frente a la solicitación de 572,265 tonf, por lo que cumple también,

con FU=1.01.

3.6. Arriostramientos

3.6.1. Arriostramientos laterales

Para estos arriostramientos se propone un perfil de doble L CINTAC TL8x4.82.

Debido al largo de los elementos lo que predominó para su diseño fue le pandeo global frente a

solicitación de tracción de 4.93 tonf, y compresión de 2.92tonf

3.6.2. Arriostramientos de techo

Para el diseño de los arriostramientos de techo predomina el diseño por tracción, además se

debe considerar las esbelteces por el largo de los elementos 9.1 m.

Se propone un perfil doble L CINTAC TL8x7.07

Frente a solicitaciones de tracción de 27.28 tonf, se tiene una resistencia adminisble de 32.6 tonf,

obteniendo un FU=0.94.


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3.7. Cerchas

Dado las condiciones de apoyo de las Cerchas se ha de diseñar estas en Tracción y Compresión.

Los valores de las solicitaciones, obtenidos del modelo en SAP2000 corresponden a los mostrados

en la Tabla 8. Cabe destacar que estos valores corresponden a los máximos obtenidos y el Agmin

resultante para que las solicitaciones sean igual a que la sección media del perfil fluya a la

tracción.Dado que las diagonales se encuentran arriostrados en ambas direcciones se tiene que el Kx=Ky=1, mientras que las cuerdas superior e inferior se considerará el caso más desfavorable Kx =

Ky = 2.1.

Tabla 8: Cargas de Diseño Cerchas

3.7.1. Cuerda superior

Dado que la compresión suele controlar el diseño frente a la tracción se tiene que para este caso,

se necesita un perfil con área transversal superior a 2,80 [cm²]. Por ende, se utilizará perfil C de

250x75x6, con un área transversal de 22,82 [cm²].

Se tiene una resistencia de diseño de 16.22tonf, frente a una solicitación de 14.6tonf, lo que da

un FU=1.48, cumpliendo los requerimientos

3.7.2. Cuerda inferior

De acuerdo al diseño de la Cuerda Superior el perfil calculado soporta 13,0 [tonf] en compresión

y 51,3 [tonf] en tracción lo que cumple con las solicitaciones de la Cuerda Inferior. Por ende, se

utiliza el mismo perfil, C 250x75x6.

3.7.3. Diagonales

Dado que la compresión suele controlar el diseño frente a la tracción se tiene que para este caso,

se necesita un perfil con área transversal superior a 1,20 [cm²]. Por ende, se utilizará perfil C

200x50x3, con un área transversal de 8,70 [cm²].

Por flexión, se tiene una carga de diseño de 5.858 tonf, frente a una solicitación de 2.85tonf,

cumpliendo con un FU=1.56.

3.8. Viga Porta grúa

Elemento L [mm] Traccion [tonf] Compresión [tonf] Agmin [cm²]

Cuerda Inferior 1700 9.68 12.76 4.2

Cuerda Superior 1700 6.41 9.83 2.8

Diagonal 2380 2.85 2.85 1.2

Acero A36 → Fy = 250 [MPa] E = 200 [Gpa]


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Dado que las columnas del marco están separadas cada 6 metros se ha de utilizar vigas de 6

metros de igual forma. Por otro lado, Weaver (1985) propone una altura mínima de viga de 450

mm y espesor de ala de 25 mm.

Ahora bien, para seleccionar la viga adecuada de soporte de la grúa se seguirá el método

empleado en “AISC Design Guide 07 – Industrial Buildings – Roofs to Anchor Rods – 2nd Edition”

y se trabajará en medidas inglesas. Se tiene entonces que:

Capacidad Grúa = 33 ksi = 15 ton

Luz Grúa = 115 ft = 35 m

Peso Grúa = 57,2 ksi = 26 ton

Peso Carretilla y Alzador = 10,6 ksi = 4,8 ton

Máxima Carga por rueda = 38,1 ksi = 17,3 ton

Espaciamiento ruedas = 12 ft = 3,6 m

Espaciamiento entre apoyos = 19,7 ft = 5,91 m

Por lo tanto, la flecha máxima y el momento de flexión en la mitad de la viga estará dado según:

∆ 3,85 ∙ 24 ∙ ∙ 3∙19,7 4 ∙ 3,87 ∙ 12 10,562 2∙19,7 (19.7 122 )

4.764 ∙ Donde corresponde al esfuerzo que somete cada rueda a la viga, en este caso se ha de mayorara si es carga viva o muerta. Entonces:

− 57,2 4⁄ 14,3 1.108 − 38,114,3 23,8 1.845 1,2 ∙ 14,3 1,6 ∙ 23,8 55,2 4.278 10,6 33 ∙ 1.5 ∙ 20% 3,49 0.27 Ahora bien, de acuerdo a la AISC la flecha vertical máxima viene dada para estos casos como

L/600 y la flecha horizontal como L/400. Así:

600 19,7 ∙ 12600 10,562 ∙55,2 → 1479,8 61592 400 19,7 ∙ 12400 10,562 ∙ 3,49 → 62,3 2595


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De acuerdo al catálogo de productos de CINTAC, el perfil H que cumple estas características y lo

propuesto por Weaver es el perfil HEB 500.

Ahora bien, se debe verificar que:

≤ 1 Por otro lado, dado que: 1,76∙ √ ∙ 1,76 ∙ √ 2900036 ∙ 8,34 34 > 23,3 → ∙ 36 ∙ 293,8 10578 ∙ 553.66 / 36 ∙78,8 2838 ∙ 2.082∙10 /

Luego, los momentos flectores

considerando cargas de impacto y dado que la viga pesa 0,412

ksi/m son:

9,6 ∙ 55,2 ∙ 1,25 0,412 ∙ 6 ∙3,28∙1,2 679,4 ∙ 1.605∙10 / 9,6∙3,49 33,5 ∙ 79.134 / ∴

8152,510578 402,02838 0,91 ≤ 1 ! Por último se ha de verificar el pandeo por desplazamiento lateral de acuerdo a:

ℎ > 1,7 → 500 14,56000 300 1,71 ≥ 1,7 ! Por lo tanto, no es necesario verificar para esta condición. Se tiene entonces que la viga

seleccionada cumple con los requisitos de diseño según la AISC y el método LRFD.

4. Diseño elementos especiales

4.1. Silla de Anclaje

Para escoger la columna de diseño, se revisan las combinaciones de cargas definidas en la Tabla

3 del punto 2.2. El modelo computacional muestra que no se tiene tracción en ninguno de los

casos, por lo que se toma la combinación con mayor compresión en cada una, y luego la columna

más comprimida. La tracción de diseño se determina como el 10% de la compresión máxima, y

corresponde a 1058,7[kgf] para la columna 247 (Tabla 9), correspondiente a la columna izquierda

del último marco.


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Tabla 9: Columna de diseño

Columna C(kgf) T[kgf]

1 5053,99 505,40

5 5054,13 505,41

68 2932,45 293,24

72 5678,38 567,84

128 8184,66 818,47

124 8184,61 818,46

165 9134,88 913,49

169 9134,96 913,50

206 5055,51 505,55

210 5055,48 505,55

247 10587,77 1058,78

251 10587,73 1058,77

Dado que se tiene una solicitación pequeña, se utilizan pernos φ3/4, y se obtiene un número

mínimo de pernos de 0.18. Se diseña para dos pernos, a un espaciamiento de 150[mm], y se

verifica que la compresión no supere la admisible por el hormigón.

La placa base se diseña de 500mmx900mm, con espesor de 10mm, ya que debe soportar el

momento de diseño. El momento nominal es menor al de diseño, pero se considera suficiente

(FU=1.092).

Considerando el mismo momento, se obtiene una contraplaca de 15mm de espesor, de

dimensiones 500mmx900mm, lo que cumple las solicitaciones (FU=0.98).

En cuanto a los atiesadores, se utilizarán dos, de 10mm de espesor, 100mm de ancho y 150mm

de altura. La Tabla 10 resume el diseño de cada elemento, y el esquema a escala se muestra en

la Imagen 12.


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Tabla 10: Resumen diseño silla de anclaje

Diseño Pernos

φ '' 3/4

Nº Pernos 2

espaciamiento [mm] 150

Diseño Placa Base

Largo [m] 0,45

B [m] 0,5

espesor [mm] 10

Diseño Contra Placa

Largo [m] 0,9

B [m] 0,5

espesor [mm] 15

Diseño Atiesadorb [mm] 100

t [mm] 10

h [m] 0,15

Imagen 12: Esquema silla de anclaje

4.2. Llave de Corte

Este elemento disminuye el esfuerzo de corte que se le aplica directamente al hormigón,

mediante el uso de placas metálicas perpendiculares, que traspasarán el corte transmitido por la

columna de acero al hormigón de la fundación.


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A continuación se presenta una tabla resumen, con las dimensiones de la llave de corte. Esta ha

sido diseñada a partir del espesor de placa base y cantidad de pernos calculados para la silla de

anclaje, y se muestra un diseño a escala en la Imagen 13.

Tabla 11: Resumen dimensiones llave de corte

Resumen

Diseño Columna HEB500

Supuesto Pedestal 900x450mm

Supuesto Grout 50mm

# Pernos 2 un

Calidad

Pernos de

Anclaje 3/4"

Acero A36,

fy=250MPa,

fu=400MPa

Placa Base

Largo 900mm

Ancho 450mm

Espesor 10mm

Llave de

Corte

Largo 160mm

Alto 120mm

Ancho 25,4mm

Imagen 13: esquema llave de corte


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4.3. Conexión de la base de la columna al arriostramiento

De acuerdo al Capítulo de la AISC J3.6 se tiene que la resistencia al corte viene dada por

∙ (J3-1)

∅ 0.75 Se tiene que este diseño no puede controlar la resistencia del elemento, por lo que la conexión

de los pernos debe soportar un corte de 22,5 [tonf]. Por otro lado, dado que es un perfil TL se

tiene que el área bruta del perno es el doble, pues el perno ahora tiene dos superficies de corte

con la mitad de la solicitación. Por otro lado de la Tabla J3.2 de la AISC se tiene que 372 [MPa] y asumiendo un perno de diámetro 20 [mm] se tiene que en número de pernos es:

∅ 2.52

Obteniéndose que se ocuparán 3 pernos A325 de 20 [mm]. Para asegurar el cumplimiento de los

espaciamientos mínimos según la AISC se utilizará que estos estarán a 3d de separación o sea a

50 [mm] entre cada perno. Ahora bien, de acuerdo a la Tabla J3.4 de la AISC se tiene que el

espaciamiento mínimo con respecto al borde para un perno de 16 [mm] (5/8’’) es de 7/8’’ por lo

que se usará un espaciamiento de 25 [mm].

Ahora bien, para obtener la resistencia de Aplastamiento de Perforaciones de Pernos se utilizará

el inciso J3.10 de la AISC, donde el caso a.i) es el caso a considerar, entonces:

1.2∙ ∙ ∙ ≤ 2.4 ∙ ∙ ∙ (J3-6a)

Dado que el perfil del Arriostramiento es TL 8x482 se tiene que t = 4 [mm]. De lo anterior se

obtiene que =2x125 [mm] = 250 [mm] (dado que son dos perfiles L) y = 400 [MPa], por loque:

∅ 36,7 [] ≤ 17,6[] → ∅ 17,6[] Dado que esta resistencia es menor a 22,5 [tonf] se tiene que ha de utilizarse 4 pernos de 20

[mm] con lo que se obtiene que → ∅ 23,5[].Por otro lado, el ancho efectivo del perfil en la sección crítica viene dado por la siguienteecuación:

2 ∑ 4=

Así se tiene que = 138 [mm], pero dado que son dos perfiles se tiene que = 276 [mm].Entonces el área neta es 1104 [mm²].


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Por otro lado, se tiene que el coeficiente de reducción (Munse y Chesson 1963) viene dado por:

1 ̅ Donde

̅ corresponde a la distancia del centroide del elemento conectado excéntricamente al

plano de transferencia de carga correspondiente en este caso a 28.8 [mm] y L a la longitud deconexión en la dirección de carga correspondiente a 175 [mm], así = 0.835.Se tiene así que el área efectiva será 922 [mm²], por lo que la resistencia nominal a la ruptura

será:

∅ ∅ 28,21 [] > 22,5 [] Por último se debe diseñar el Gusset quedará determinada por la resistencia de la soldadura, así:

(J2-4) 0,61,00,5sin, Donde corresponde a la resistencia del metal de relleno, ahora bien para una placa gussetde menor de 19 [mm] de espesor se tiene que los Electrodos son E60 & E70 y un material de

relleno ASTM A36. Y el ángulo corresponde al ángulo de carga medido desde el eje longitudinalde la soldadura en grados, el cual es 35.33°, entonces:

183 [] Entonces de acuerdo al tamaño mínimo de soldadura de filete propuesto en la Tabla J2.4 de AISC,

el largo de la soldadura es:

22.520∅ 80 [] Dado que el gusset debe superar la altura del último perno, el largo mínimo es de 215 [mm], por

ende se utilizará este último, así el diseño definitivo de la conexión será:


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5. Cubicación

Se calculan el peso por m2 y m3, tal de corroborar que la estructura no esté sobredimensionada.

El volumen total corresponde a 3590m3, mientras el área en planta es de 1278m2. La Tabla 12

muestra la cubicación, donde se consideran todos los elementos y un extra de 15% de peso para

agregar el peso de conexiones. Se tienen 62kg/m2 y 6kg/m3, donde el peso lo aportan

mayormente vigas y columnas.Tabla 12: Cubicación

Elemento Tipo Perfil Cantidad Largo Unitario [m] Peso Unit. [kg/m] Peso Total [kg]

Vigas IPE300 44 6 42,2 11141

Columnas HEB500 14 8,38 187 21939

Costaneras CA200x50x5 108 6 12,1 7841

Colgadores L100x100x4 48 1,65 6,07 481Columnas Viento IN40x39.6 8 5,44 39,6 1723

Cuerda Superior Rec. 250x200x5 14 15,3 34,72 7437

Cuerda Inferior Rec. 250x200x6 14 15 41,52 8719

Diagonales Cercha C250x50x4 252 1,45 10,58 3866

Revestimiento AT-4 2250 [m2] 5,75 12938

Arriost. Lateral TL8x4,82 64 7,3 4,82 2252

Arriost. Techo TL8x7,07 80 9 7,07 5090

TOTAL [kg] 78336

Tabla 13: Peso por unidad de área y volumen

Area en planta[m2] 1278 kg/m2 61

Volumen total[m3] 12691,3 kg/m3 6

Imagen 14: Conexión riostra-columna


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ANEXOS


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ANEXOS: Cálculo costaneras


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Por lo tanto el elemento cumple con las condiciones de diseño. φMn>Mu.

0,81


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ANEXOS: Cálculo colgadores

A partir de lo anterior se observa que el perfil propuesto cumple φPn>Pu.

0,95


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ANEXOS: Cálculo RevestimientosEspecificaciones panel AT-4

Tabla 14: Cargas Admisibles panel PV-4

Tabla 15: Especificaciones panel PV-4


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ANEXOS: Columnas de viento


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ANEXOS: COLUMNAS


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ANEXOS: Cálculo Arriostramientos


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ANEXOS: Cálculo CerchasCuerda Superior (perfil C 250x75x6.)

De acuerdo a lo anterior los cálculos quedan como:


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Se puede ver así, que el canal rectangular cumple el Diseño.


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Diagonales (perfil C 200x50x3)

De acuerdo a lo anterior los cálculos quedan como:


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ANEXOS: Cálculo Silla de Anclaje


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ANEXOS: Cálculo Llave de corte


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estructuración acero

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