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

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

Fu = 58 KSI u = 0.30corrugado: Fy = 4200 Kg/cm2, c = 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

.

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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 diversassecciones del grupo definido en el cuadro "Auto Selection Sections " mostrado abajo. En el cuadro "Box/Tube Section " se muestra las propiedades de una delas secciones de dicho grupo

6.2 DISEO 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/ " . . . .

4 1/2" 1.27 0.9931 1.27 3.99/ " . . . .

6 3/4" 1.91 2.2346 2.85 5.98/ " . . . ." . . . .

9 1 1/8" 2.86 5.0278 6.41 8.98/ " . . . .

11 1 3/8" 3.49 7.5107 9.58 10.97/ " . . . .

13 1 5/8" 4.13 10.49 13.38 12.9714 1 3/4" 4.45 12.166 15.52 13.96

/ " . . . .16 2" 5.08 15.89 20.27 15.96

/ " . . . .18 2 1/4" 5.72 20.111 25.65 17.95

Diametro ()

" V/2 "

" V/2 "

.

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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 : Vh = V(H/10)

.> 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 = 6.584 (pendiente promedio de la superficie - zona de baja pendiente)

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

Presiones: NTE E.020 - TABLA 4 Ph = 0.005(C)(Vh2)

CONSTRUCCION sotavento donde:

Arcos y cubiertas cilindricas con Ph = Presin o succin del viento a una altura h perpendicular a

pendiente () < 45 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 presin y el negativo succin)

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

SOTAVENTO Se tiene succion: C = -0.5 h = -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: 1 = 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, segn 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): PD = (WD)(A)(B)/n , PD = 104.06 kg

CARGA VIVA DE TECHO (PLr): PLr = (WLr)(A)(B)/n PLr = 109.53 kg

CARGA DE VIENTO (W) - ARCOS: PW = ( h)(A)(B)/nBARLOVENTO: Considerando presion en el Barlovento: PWp-s = 82.15 kgDescomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: PWx = 27.76 kg

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

-0.5

-0.7-0.7

barlovento+0.8

-0.8+0.8

(=6.58)

(=19.75)

(=19.75)

(=6.58)

(=19.75)

ELEVACION Y PLANTA INFERIOR

.

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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" correspondena los casos mas criticos de Viento y Sismorespectivamente)

(=6.58)

ProgramName Versin ProgLevel

SAP2000 v 14.0.0 Advanced

.

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5/16

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

punto

347

p

unto

3

17

.

Parte II - 5/16


6/16

ESTADO CARGA DE VIENTO (PWp-s)

DERECHA: ALGUNOS DETALLES DE ESTADOSDE CARGAS EN NUDOS

:317punto

:347punto

:821punto

punto

821

.

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

COLGADOR

BRIDA

SUPERIOR

BRIDA

INFERIOR

DIA

GONAL

COLUMNA

CUERDA

SUPERIOR

CUERDA

INFERIOR

TENSOR

.

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8/16

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

brida inferior, cuyo valor (en cm) se considera aceptable esta en la columna, cuyo valor (en cm) se considera aceptable

DIAGRAMA-ENVOLVENTE DE DEFORMACIONES

.

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9/16

6.2.6 DISEO DE ELEMENTOS DE ACERO:

- DISEO AUTOMATIZADO DE MIENBROS DE ACERO, SEGN 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 Versin ProgLevel

SAP2000 v 14.0.0 Advanced

TENSOR

COLGADOR

BRIDA

INFERIOR

COLUMNA

BRIDA

SIPER

IOR

.

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10/16

CUERDA

INFERIOR

ARRIOSTRE

EN X

CUERDA

SUPERIOR

DIAGONALARRIOSTRE

TRANSVERSAL

.

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11/16

ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99:

DISEO 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: = 0.85 (en compresion) ..(7)

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

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

rx = 0.188 pulg > r OK (se obvia)

ry = 0.188 pulg > r OK (se obvia)

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

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

Calculo similar para resto de elementos de Brida superior

y

760critica:

Barra mas

E

F

r

Klc

y

=

crF

PuAg

=

KsiFcr 32.25=

yccr FF )658.0(2

=

.

Parte II - 11/16


12/16

DISEO DE BRIDA INFERIOR.-

Seccion de diseo: varilla # 6 ( 3/4" Calculo similar para resto de elementos de Brida inferior

DISEO DE DIAGONALES.-

Seccion de diseo: varilla # 3 ( 3/8" Calculo similar para resto de diagonales

602Barra mas critica:

732Barra mas critica:

.

Parte II - 12/16


13/16

DISEO DE CUERDA SUPERIOR.-

Seccion de diseo: varilla # 4 ( 1/2" Calculo similar para resto de elementos de cuerda superior

DISEO DE ARRIOSTRES EN "X".-

Seccion de diseo: varilla # 2 ( 1/4" Calculo similar para resto de arriostres

38

Barra mas critica:

Barra mas critica:

937

.

Parte II - 13/16


14/16

DISEO DE CUERDA INFERIOR.-

Seccion de diseo: varilla # 5 ( 5/8" Calculo similar para resto de elementos de cuerda inferior

DISEO DE COLUMNA METALICA "CM-01".-

Seccion de diseo: erfil 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


15/16

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

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

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

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

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

Seccion de diseo: varilla # 4 ( 1/2" Calculo similar para resto de elementos de tensores

Barra mas

31

critica:

yg

F

PuA

=min

UuF

PuAn

=min

300300 min

Lr

r

L

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