Proyecto Final Entregable

Diseño de Elementos de Acero

PROYECTO FINAL

Diseño de Elementos de Acero

“Diseño de un edificio de oficinas”

Profesor: Carlos Enrique NungarayJosé Sepúlveda 801318Carlos Ayala 918866Jorge Villarreal 945860Rafael Zarazúa 972980

Jorge Garza 1135491

Monterrey, N.L., a 1 de Julio del 2011

Departamento de Ingeniería Civil ITESM, Campus Monterrey

TECNOLÓGICODE

MONTERREY

DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURADEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL

CURSO DEDE DISEÑO DE ELEMENTOS

DE ACERO

Diseño de Elementos de Acero 1

Índice

Introducción. 02

Especificación del proyecto. 03

Detalle del peso de los materiales a usar. 08

Cálculo de cargas lineales y superficiales. 09

Proceso de realización de la estructura a analizar. 10

Diseño, análisis y optimización de la estructura. 34

Informe de resultados. 43

Conclusión. 60

Planos 61

Anexos. 64

Referencias Bibliográficas. 65



Introducción

ste proyecto nos ayudará para reafirmar los conocimientos aprendidos en el

curso, aplicándolos al tener que diseñar y analizar una estructura de acero la cual

será usada en un edificio de oficinas de 3 niveles con una gran cantidad de variables

que producirán carga en la estructura.

Para este trabajo, tendremos que hacer uso de una herramienta

computacional indispensable para cálculos y diseños de estructuras la cual se

conoce como: “Ram Elements”, acompañada de otros programas como: “Ram

Connections”, etc.

Aunque puede ser que este trabajo sea complicado, nos ayudará a

desarrollarnos en el ámbito profesional de manera extraordinaria, al exponernos a

una situación de poco tiempo y mucha presión para proponer un diseño óptimo para

la estructura, también tendremos que considerar cada detalle que en un trabajo o

problema real tendríamos que prestar atención para obtener el mejor resultado

posible.

Esperamos que nuestra solución a este proyecto sea la mejor y nos deje una

buena experiencia de cómo podría ser la vida laboral si en dado caso nos

quisiéramos dedicar a la rama de los cálculos de estructuras, en este caso

específico, de acero.



Especificación del proyecto

nexamos el archivo donde se especifican todos los detalles para la realizacióndel proyecto.

I. GENERALIDADES

Se solicita la realización del análisis y diseño en acero de un edificio cuyo destino será oficinas y lugares de reunión en todos los niveles y estará ubicado en el área urbana de la ciudad de Monterrey, N. L. A su empresa se le ha solicitado diseñar los elementos estructurales y las conexiones simples, incluyendo el sistema de piso con base en vigas compuestas simplemente apoyadas sobre las vigas principales, las vigas principales, columnas y la cimentación.

El terreno donde se construirá el citado edificio está ubicado en la zona urbana, rodeado de construcciones de baja altura, predominando las destinadas a casa habitación y edificios comerciales de 2 y 3 niveles. El terreno se considera del tipo firme, con pendientes que varían hasta un 4%.

De acuerdo al proyecto arquitectónico, se especifica que en la fachada principal se cuente con un recubrimiento de vidrio según se muestra en los croquis. Las ventanas no podrán abrirse en virtud de que el edificio contará con aire acondicionado.Las dimensiones, geometría y elementos estructurales del edificio se muestran en los croquis anexos.

II. MATERIALES

Concreto: f’c = 250 Kg/cm2 (losa compuesta)f’c = 300 Kg/cm2 (cimentación)

Acero de refuerzo: fy = 4,200 Kg/cm2

Acero estructural: A992.Soldadura: E70Tornillos: A325



III. ESCALERAS Y ELEVADOR

Por requisitos de seguridad el reglamento de construcciones especifica que deberán existir escaleras lo suficientemente amplias para el flujo vertical de personas, así como la evacuación rápida en caso de alguna emergencia. Las escaleras están definidas con base en los siguientes criterios:

Ancho: 1.30 m (mínimo) Huella: 0.30 m (mínimo) Peralte: 0.17 m (como máximo, pero ajustable según la altura).El elevador deberá tener una capacidad para 10 personas.

La ubicación de las escaleras y el elevador se muestran en los croquis, tanto el elevador como las escaleras arrancan desde el sótano para terminar en el último nivel.

IV. CIMENTACIÓN

La cimentación será diseñada de acuerdo con los resultados del estudio de mecánica de suelos que se proporcionará durante el proyecto.

V. ESTRUCTURACIÓN Y ESPECIFICACIONES

El análisis de cargas debe contemplar además de los pesos propios una sobrecarga debido a los muros divisorios de 10 cm (ver croquis), plafón, aire acondicionado, impermeabilizante, etc; además de las correspondientes cargas vivas y las originadas por la acción de viento.

El sistema de piso podrá ser con o sin lámina. Sobre la losa de entrepiso se colocará una capa de mortero con espesor de 2.5 cm la cual servirá de base y unión para el piso de mármol de 2 cm de espesor.

La losa de azotea llevará 4 cm de impermeabilizante de 3 capas. En el perímetro de la azotea se tendrá un pretil de 125 cm de altura hecho con block de concreto con enjarres por ambos lados de 2 cm c/u.

En las losas de azotea y entrepisos se colocará plafón Armstrong, que servirá de cielo falso para cubrir instalaciones eléctricas, hidrosanitarias y aire acondicionado.

Se deberán considerar los diferentes valores de carga viva especificados según su uso (oficinas, pasillos, escaleras, etc.)

Los muros de mampostería para la fachada y el pretil serán de 20 cm de espesor. El espesor del vidrio para la fachada será de 18 mm, sólido. Adicionalmente, consideren que en el mercado sólo habrá varillas de los números 2 al 8, exceptuando las #7, y los perfiles deberán fabricarse en México (rolados o de tres placas soldadas).La altura libre mínima en los entrepisos será de 3.00 m.



VI. DETALLES Y GEOMETRÍA DEL EDIFICIO



La planta de azotea es similar a la de los niveles 2 y 3.



Detalle del Peso de los Materiales a Usar

ecesitamos conocer los pesos de cada uno de los materiales para poder

calcular las cargas que se le agregarán a la estructura.

Aquí está la lista de materiales con pesos en sistema métrico y sistema inglés:

Materiales De Construcción Métrico InglésBlock de Concreto 10 x 20 x 40 7.2 kg. 15.87 lb.Block de Concreto 20 x 20 x 40 11.8 kg. 26 lbAire Acondicionado Central 3,193.79 kg. 7,041 lb.Elevador 4,536 kg. 10 kips.Mármol 60 kg/m² 0.0852 lb/in²Plafón Armstrong de Yeso 4 kg/m² 0.00567 lb/in²Impermeabilizante (4 cms.) 1.92 kg/m² 0.00273 lb/in²Concreto Simple 2,200 kg/m³Concreto Reforzado 2,400 kg/m³Vidrio 2,600 kg/m³



Cálculo de Cargas Lineales y Superficiales

ara poder obtener estas cargas necesitamos estar conscientes de que unas estarán específicamente localizadas sobre las vigas de la estructura y otras

estarán distribuidas sobre un área específica de la estructura.

Cargas LinealesMuros Divisorios 734.80 (kg/m)Muro de Fachada 1213.90 (kg/m)Fachada Vidrio 187.20 (kg/m)Pretil 396.00 (kg/m)* Para altura de 4 mts. entre niveles y 1.25 mts. de pretil.

Métrico

Carga Muerta Nivel Métrico (kg/m²) Inglés (ksf)Mármol 60 0.01Empastado 44 9.02Plafón 4 0.82Instalaciones 20 4.10Peso propio de la losa 360 73.77Total 488 87.72*Nota: En Nivel 1 no hay carga por el plafón (484).

Carga Muerta de Techo Métrico (kg/m²) Inglés (ksf)Impermeabilizante 1.92 0.39Instalaciones 20 4.10Plafón 4 0.82Peso propio de la losa 240 49.18Total 265.92 54.49

Cargas Vivas Metrico (kg/m²)Oficina 250Baño 250Bodegas 439Pasillo 350Recepcion 250Azotea 200Total 1739.2



Proceso de Realización de la Estructura a Analizar

or medio de pasos, indicaremos cómo fuimos realizando la estructura que posteriormente analizaríamos para obtener los resultados del trabajo.

1. Abrir el programa.

2. Una vez abierto el programa, configuraremos las unidades a usar en el problema. Ya que nos dan las medidas en metros y las cargas vivas en el reglamento del D. F. vienen en kg/m², es conveniente establecer las unidades en sistema métrico.



3. Teniendo la configuración inicial de nuestro problema lista, iremos guardando el mismo para no perder ninguna información que añadiremos.

4. Al haber aceptado el tipo de unidades, podemos comenzar a asignar nodos a nuestra estructura.



5. Teniendo listos los nodos de un eje, los copiaremos hacia adelante con un incremento en dirección Z, primero de 8 metros.



6. Al haberlos copiado, podemos ver que se ven encimados unos nodos a otros, para que poder visualizar bien como se ven los nodos, cambiaremos la vista de nuestra estructura a planta.

7. Copiaremos los nodos las veces necesarias a los ejes que tengamos especificados en nuestro plano de construcción. Para este caso se copiarán a 9 metros en la dirección Z.



8. Y según nuestro plano, sólo los 3 nodos de derecha a izquierda serán copiados 8 metros más en la dirección Z.

9. Ahora es buen momento para generar las restricciones a las que estarán sujetos estos nodos, para este caso estarán empotrados a esa altura, esto quiere decir que será una restricción total.



10.Limpiaremos la pantalla con el botón de encendido que está en la parte superior de la pantalla para que no nos estorben los símbolos de las restricciones.

11.Ahora copiaremos estos nodos una distancia de 3.3 metros hacia arriba.



12.Escogemos una vista frontal para poder bien cómo se colocaron los nodos para verificar que no haya ningún error.



13.Ahora generaremos las vigas principales que conectarán a estos nodos, para esto comenzaremos con el primer nivel y para hacer más sencilla la selección de nodos, aislaremos el primer nivel seleccionando el botón que aparece en marcado en el menú de selección.

14.Poniéndolos en una vista en planta, nos vamos a la pestaña miembros y vamos a unir los nodos por medio de vigas, seleccionando los nodos de un eje y oprimiendo el botón de conectar nodos con miembros.



15.Ya al haber unido todos los nodos con las vigas en su respectiva posición y dirección, copiaremos esto 3 veces en la dirección Y una distancia de 3.3 metros para tener todas las plantas de nuestra estructura a analizar.

16.Habilitamos la vista de todo el avance que llevamos para verificar que no haya ningún problema.



17.Teniendo ya este avance lo más conveniente es darles una descripción a las vigas que hemos realizado, para esto daremos una descripción general que será: “Vigas Principales”.



18.Ahora crearemos las columnas que unirán los nodos de cada nivel, recordando que en este caso será la misma sección de miembro para todas las columnas.

19.Al haber creado todas las columnas ahora les asignamos la descripción que en este caso será: “Columnas”.



20.Vamos a agregar lo que vendrían siendo las vigas secundarias las cuales serían como una estructura secundaria que recibirían las cargas y las distribuirían a las vigas principales, para esto segmentaremos las vigas principales para crear las vigas secundarias en la dirección más corta. Esto lo haremos en todos los niveles.

21.Al haber segmentado las vigas principales, segmentaremos también las mismas para dejar espacio para las vigas que soportarán el elevador y las escaleras. Primero para el espacio del elevador que la viga del mismo estará a una distancia de 1.7526 metros del nodo.



22.Ahora segmentaremos la otra viga que estará en contacto con el cubo del elevador, ahora será a lo ancho una distancia de 2.2352 metros del nodo.

23.Uniremos estas segmentaciones por medio de una viga la cual será principal debido a la gran carga que tendrá que resistir producida por el elevador y repetiremos el proceso de segmentación de las vigas para cada nivel



24.Teniendo ya todas las vigas secundarias y los nodos tanto de elevador y de las escaleras, juntamos estos nodos verticales por medio de columnas.

25.Revisamos que estén todos los miembros agregados y con su respectiva descripción.



26.Ahora le asignaremos una sección general a toda la estructura a fin de cuentas de que al optimizarla, el programa nos mencionará cuál es el mejor perfil a escoger según nuestro análisis. (Hacemos esto por practicidad y no es ninguna regla el tener que hacerlo de este modo).

27.Ahora escogemos el material el cual está especificado por el problema, este será un acero A992 Gr. 50.



28.Le asignaremos un tipo tensor a todos los nodos de todos los niveles debido a que entre estas vigas irá un espacio relleno de concreto el cual hace que tengamos que poner todos los nodos como diafragmas rígidos.



29.Ahora tenemos que comenzar a considerar las cargas tanto cuáles vamos a ponerle a nuestra estructura, como su valor. Por lo que lo primero que hacemos es agregar estados de cargas al modelo que ya tenemos.

30.Agregaremos Carga Viva, Carga Viva de Techo y la Carga del Viento, después de haber agregado estos estados de carga, agregaremos la combinación más crítica respecto a los valores que tenemos para cada una.



31.Para asignar los valores de carga, primero seleccionamos el estado de carga muerta y nos vamos a la pestaña de Área en la cual seleccionaremos de qué forma distribuiremos la carga y su valor.

32.Distribuimos la carga hacia el perímetro de cada área que en este caso el perímetro será considerado como sólo las vigas en dirección X.



33.Hacemos lo mismo para los niveles siguientes con su respectiva carga muerta.

34.Teniendo ya la carga muerta distribuida en todas las áreas de todos los niveles, especificamos el área de las escaleras, la cual llevará una carga diferente de 464 kg/m².



35.Ahora asignamos las cargas vivas de techo que sólo aplica en la azotea.

36.Asignamos las cargas vivas para cada área de la estructura según su oficio específico al reglamento de construcción donde mencionan cuanto es de carga viva para cada área.



37.Seguimos poniendo cargas, ahora serán las cargas lineales provocadas por el pretil en la azotea.

38.Una vez que pusimos la cantidad de carga lineal observamos que esté bien distribuida sobre las vigas de la azotea.



39.Ahora en los siguientes niveles pondremos las cargas lineales provocadas por los muros divisorios y las fachadas tanto de vidrio como de muro.

40.Observamos la estructura completa para revisar que estén todas las cargas lineales bien colocadas.



41.Una vez que ya tenemos listas las cargas superficiales y lineales nos dedicaremos a especificar las últimas cargas las cuales son las puntuales provocadas por el elevador y por el viento en ciertos nodos y puntos de algunas vigas.

42.Ya que especificamos la carga del elevador, agregamos los estados de carga generados por la carga de viento que en este caso será un estado en dirección X positiva, otro en dirección X negativa, Z positiva y Z negativa y por último en dirección Y negativa.



43.Comenzamos por estableces las cargas de viento en dirección X positiva.

44.Ahora continuamos en la dirección X negativa.



45.Ya que establecimos las cargas de viento en todas las direcciones, verificamos los valores y continuaremos con el análisis, diseño y la optimización de la estructura.



46.Al hacer los análisis para el diseño de las vigas secundarias, necesitamos revisar con los diagramas de momento y corte, los más críticos para selecciones los perfiles de las mismas. Primero analizamos la azotea.

47.Continuamos con los niveles 2 y 3.



48.Por último el primer nivel.

Diseño, análisis y Optimización de la Estructura

eguiremos resolviendo el problema con el análisis, diseño y optimización de la estructura de manera que el programa nos recomiende y cambie los perfiles de cada tipo de sección de nuestra estructura.

1. Comenzamos con el análisis de la estructura.



2. Ahora pasaremos al diseño de la estructura una vez que vimos que no hubiera ningún error en la misma.

3. Para la optimización de la estructura solo marcamos las posibles combinaciones para calcular la carga factorizada más crítica y en este caso sería bueno marcar todas las que tenemos especificadas por LRFD.



4. El programa empezará a revisar toda la estructura y nos dirá el perfil más adecuado para cada tipo de miembro que pusimos en nuestra estructura.

5. El programa nos da los perfiles recomendados y de preferencia los pondremos en nuestra estructura y volvemos a hacer el análisis, diseño y la optimización para revisar que esté correcto.



6. Ahora para el análisis le pedimos que nos haga también la revisión por análisis de segundo orden P- delta, con esto es posible que nos de otros perfiles y automáticamente los cambiará.

7. Y por último nos arroja los perfiles que le daremos a nuestra estructura a excepción de las vigas secundarias las cuales serán calculadas de diferente manera.



8. Observamos los niveles de esfuerzo en cada miembro por el análisis de colores que nos simplifica el programa.



9. Comenzamos a sacar los reportes de los análisis de los miembros más críticos, empezando por la viga principal interior más crítica que es el elemento 22 de la estructura.

10.Le ponemos que nos de el diagrama de momentos y cortante, también pedimos que nos de los valores específicos de las reacciones.



11.Continuamos con la viga principal de borde la cual es el elemento 31 de la estructura.

12.Ahora para la Viga Secundaria escogemos el miembro más crítico el cual es el 238.



13.Continuamos con el reporte y diagrama de las columnas que comenzaremos con la columna interior más crítica la cual es el elemento 161.

14.Seguimos con la Columna de Borde haciendo el reporte y análisis la cual es el miembro 122 de la estructura.



15.Por último pedimos el reporte y diagramas de las reacciones y esfuerzos de la columna de esquina que sea más crítica que en este caso es el elemento 126 de la estructura.

16.Después de todo el diseño de los elementos para la estructura, nos pasamos al diseño de las conexiones para todos los pisos.



17.Una vez que le asignamos las conexiones, ponemos la estructura rendereada para ver que estén bien las conexiones.



18.Hacemos el reporte de las conexiones para cada nivel.

Informe de Resultados

l resultado del análisis de la estructura y al haber realizado la optimización, obtenemos que los perfiles recomendados por el RAM Elements son:

- Columnas W 12 X 72.- Vigas Principales W 14 x 61.- Viga Para Elevador W 12 x 19. (El proveedor da la viga).- Vigas Secundarias:

o Azotea W 14 x 22.

o Niveles 2 y 3 W 14 x 30.

o Nivel 1 W 14 x 26.

De este resultado analizamos las áreas más críticas para las vigas secundarias ya que el RAM Elements puede que no nos muestre un resultado preciso para estas vigas por lo que recurriremos al RAM Structural y aquí nos dará el perfil que necesitamos para estas zonas críticas.



Una vez que obtuvimos todos los diagramas y todos los reportes de las reacciones que actúan sobre todos los nodos de los elementos críticos podemos comenzar a hacer la revisión de los mismos para verificar que los perfiles que nos dio el programa están dentro de los permitidos.

También con estas reacciones checamos las deflexiones para verificar que estén dentro del rango que establece el reglamento de la CFE para condiciones de carga de viento en estructuras de varios niveles.

Todos estos análisis estarán anexados más adelante en el apartado de anexos para poder verificar los resultados con los datos que teníamos anteriormente en estos reportes.

Las cargas de las columnas están enlistadas a continuación las cuales son necesarias para poder hacer el cálculo de la cimentación.

Nodos FX FY FZ1 0.80635 67.74838 0.924422 0.07601 162.43886 3.15053 -0.16215 136.72905 2.582564 0.17652 157.5168 2.894075 -0.86698 82.50926 0.964086 1.12519 114.18844 0.144717 -0.03428 95.37765 -1.759238 1.39344 194.94738 -0.088419 0.85087 299.13695 -0.00015

10 -2.84039 149.08667 0.1192411 1.14616 67.27153 -1.1892612 0.09126 115.9656 -1.1472813 0.19345 185.45478 -1.3962614 1.16461 285.96414 -0.0206615 -2.92485 139.06417 -0.1137816 0.66549 43.06407 -0.48201

Nodos FX FY FZ17 0.50966 127.70971 -2.8440918 -1.2618 61.7782 -1.03741

155 -0.00157 17.32338 -0.12886167 -0.66725 70.97897 -0.11948168 -0.09584 -4.76553 0.16654185 0.0449 54.77206 -0.08382186 2.19915 29.55784 -0.19089187 0.6862 31.44695 -0.09203188 -0.34689 110.57007 1.27418207 -0.78712 24.54585 -0.34672208 -0.40148 12.97707 -0.15268209 -0.1659 8.81314 -0.40386210 -0.22878 50.10831 -0.04454211 -0.34402 49.44113 -0.21538

TOTAL 0.86070 2296.46373 4.58254*La fuerza más crítica está en rojo.



CIMENTACION Para la cimentación se utiliza un concreto de f’c=300 kg/cm2. El material de relleno tiene una densidad de 1.8 t/m3, la profundidad de desplante es de 1.6 m y la capacidad admisible del suelo es 40 t/m2

La capacidad admisible del suelo

Carga axial ultima

Carga de servicio

Resistencia del concreto a compresión



Desplante = 1.60

Factor de Seguridad

Esfuerzo neto

Esfuerzo ultimo

Área requerida

Dimensión requerida

Dimensión proporcionada

Esfuerzo ultimo real

)

Zapata Cuadrada de 2.5m X2.5m

Peralte de la zapata (revisión por cortante)



Suponemos un espesor de 60 cms

Si cumple con una d=53 cms y un recubrimiento de 7 cms

Usamos varillas del #5 con area de 1.99 cm2

Separación requerida

#5@14cms

Area proporcionada

Revision de longitud de desarrollo



Si cumple

Columna corta ؞

Area que requiere

% de acero cumple con el mínimo y

máximo

Usamos varillas #8

Usaremos 12 varillas del # 8

Usamos estribos del #3

Separacion, tomamos la menor de las siguientes 3

Est. #3 @ 40 cms.

Longitud de desarrollo

< Si cumple



Aplastamiento

Si cumple

Para la revisión de nuestros perfiles hacemos todo el procedimiento de análisis de las vigas y de las columnas correspondiente.

1. Empezamos con determinar el momento y las fuerzas máximas del elemento para verificar el perfil que nos dio el programa.

Ton-m Kips-ftMu = 49.298 356.568

Zx = 95.08 in³

Escoger Perfil con Zx > 95.08 W 14 x 61

2. Determinamos las propiedades del perfil que escogimos.

Zx = 102 in³ BF = 7.46 kips

øьMᵨᵪ = 383 kip-ft Lᵨ = 8.65 ft

øьMᵣᵪ = 242 kip-ft Lᵣ = 27.5 ft

Ix = 640 in⁴

L = 8 ft

3. Hacemos la revisión calculando el Pr, para así poder determinar el p y la bx.



Ton KipsPnt = 25.548 56.324 B1 = 0.38

Ton KipsPlt = 0 0.000 B2 = 1.00284

Pr = 56.324 kips Cm = 0.380

Pe1 = 19876.38 kips Ix = 640 in⁴

Pe2 = 19876.38 kips

Ton-m Kips-ft L = 8 ftM1 = 27.17 196.518

K1 = 1Ton-m Kips-ft

M2 = 49.298 356.568 K2 = 1

4. Por último revisamos con la bx que nos está calculando que nuestro perfil escogido sea el más adecuado.


Def. DL

ν=-8.63027E-

06Def. LL

ν=-

0.000467433


p = 0.00066

bx = 2.70 x 10¯³

Escoger Perfil por bx menor a 2.70026 x 10¯³ W 14 x 61

p = 0.00152

bx = 2.43 x 10¯³

Cb = 1

bx = 2.32 x 10¯³

Para Lb = 0

5. Continuamos revisando la Viga de Borde más crítica que en este caso nos da los siguientes datos.

Ton-m Kips-ftMu = 23.57 170.480

Zx = 45.46 in³

Escoger Perfil con Zx > 45.46 W 14 x 61

6. Ponemos las propiedades del perfil.

Zx = 102 in³ BF = 7.46 kips

øьMᵨᵪ = 383 kip-ft Lᵨ = 8.65 ft

øьMᵣᵪ = 242 kip-ft Lᵣ = 27.5 ft

Ix = 640 in⁴

L = 8 ft



7. Hacemos los cálculos para la revisión.

Ton KipsPnt = 18.63 41.072 B1 = 0.22

Ton KipsPlt = 0 0.000 B2 = 1.00207

Pr = 41.072 kips Cm = 0.216

Pe1 = 19876.38 kips Ix = 640 in⁴

Pe2 = 19876.38 kips

Ton-m Kips-ft L = 8 ftM1 = 22.64 163.753

K1 = 1Ton-m Kips-ft

M2 = 23.57 170.480 K2 = 1

8. Y por último verificamos que los datos del bx y la p del perfil pasen los cálculos que nos dio el problema.


Def. DLν= 0.00040372

Def. LLν= 0.00035409


p = 0.00066

bx = 5.71 x 10¯³

Escoger Perfil por bx menor a 5.71 x 10¯³ W 14 x 61

p = 0.00152

bx = 2.43 x 10¯³

Cb = 1

bx = 2.32 x 10¯³

Para Lb = 0

9. Continuamos analizando las columnas empezando por la columna interior más crítica. Ponemos primero las propiedades de la columna y de las vigas que llegan a ella.

Ix = 597 in⁴ Ix = 640 in⁴

L = 10.82 ft L = 26.24 ft

rx/ry = 1.75

Ky = 1

KLy = 10.82 ft

Propiedades del perfil de columna Propiedades del perfil de viga

10.Analizamos el comportamiento del perfil de la columna.

G1 = 1.131 Kx = 1.940

G2 = 10 KLx = 20.99 ft

KLy eq. = 11.99 ft

11.Hacemos la revisión para verificar que nuestro perfil seleccionado resista la carga que llega a la columna.



bx = 2.20

p = 1.24 x 10¯³ pPr = 0.78

øPη = 806.45 kips 0.827 < 1 OK

Ton - m Kips-ftMu = 2.69 19.4276 Mnx = 404.04 kips-ft

Ton KipsPr = 286.73 632.131

12.Continuamos con el análisis de la columna de borde, primero daremos los datos iniciales del problema.

KipsPnt = 262.11

Kips - ftMnt = 117.87

Kips - ftM1 = 111.12

13.Supondremos que el efecto dominante es Mr (Mrx) y que en compresión controla el pandeo en “y” con (KL)y = 10.82 ft.

Ix = 597 in⁴ Ix = 640 in⁴

L = 10.82 ft L = 26.24 ft

rx/ry = 1.75Ix = 640 in⁴

Ky = 1L = 19.68 ft

KLy = 10.82 ft

Propiedades del perfil de columna Propiedades del perfil de viga 1

Propiedades del perfil de viga 2

14.Por último, hacemos la revisión del problema para verificar que el perfil pasa la carga ejercida sobre el miembro.



p = 1.0314 x 10 ¯³ G1 = 0.970

bx = 6.16 x 10 ¯³ G2 = 0.970

B1 = 1.003 Kx = 1.333

Cm = 0.977 KLx = 14.42 ft

Pe1 = 10135.13 KLy eq. = 8.24 ft

Mr = 118.23 Kips-ft pPr = 0.270

0.998385 0.9984 < 1 OKpPr + bx Mrx =

15.Seguimos con la revisión de la viga secundaria poniendo primero las propiedades del perfil.

Perfil W 14 x 30

Ag = 8.85 in² ts = 6 in

d = 13.8 in Qn = 21 kips

tf = 0.385 in bf = 6.73 in

Ix = 291 in⁴ Wv = 3.5836 kips

h/tw = 45.4 Cb = 1.32

L = 26.24 ft Wp losa = 1.182 kips

Fy = 50 ksi W perfil = 0.03 kips

f'c = 3 kips

Propiedades del Perfil

16.Seguimos con la revisión de ciertos detalles de esta viga y sus conexiones.



be = 78.72 in

L/4 = 78.72 in

Ts = 442.5 kips

a = 2.204 2.204 < 1 OK

17.Verificamos el ENP de la losa y vemos que la losa de concreto hace que se despatine ligeramente el perfil de la viga.

øMn = 391.540

Cc = 189 kips

Cs = 126.75 kips

As comp = 2.535

Af = 2.591 in²

18.Revisamos por corte para verificar que nuestro perfil es el adecuado.

Vv = 47.02 Kips 47.03 kipsRAM STRUCTURAL

19.Hacemos una serie de cálculos más donde ya con esto nos dirá aproximadamente los perfiles a usar y si estos pasan el nivel de cargas que se le proporcionó a la estructura.

dsc = 0.9625 in dsc óptima = 0.75 in

Nsc = 21 Lb = 13.12 ft

Total conectores 42 øbMn = 123.10 Kips

Separación = 7.5 in øbMnx = 162.49 kips-ft Wu = 1.926 kips

Separación máx 48.0 in Wp = 1.212 kips-ft Mu = 165.8 kips-ft

Separación mín 4.5 in WL = 0.295 kips-ft

20.Por último revisamos que nuestro perfil resista esta carga en el diseño.



Lb = 8.75 ftDef. WDL

Cb = 1.01 ν= 1.53 in

øMnx = 1.60 kips-ft Def. Wνap= 1.2127 in

Requiere apoyo Lateral.

Def. WLLLb = 6.56 ft ν= 0.736 in

Cb = 1.06

øMnx = 180.20 kips-ft 180.20 > 165.8 OK

21.Pasamos a revisar la columna de esquina. Ponemos primero las propiedades de la columna y de las vigas que llegan a ella.

22.Hacemos la revisión en el eje “y” para verificar que nuestro perfil seleccionado resista la carga que llega a la columna.


Ton KipsPn = 68.13 150.201

ksi

Perfil de ColumnaW 12 x

72 Fy= 50 b= 12

Ag = 21.1 in² rx/ry = 1.75 t= 0.67

Ix = 597 in⁴ ry = 3.04 Zy= 49.2

Iy = 195 in⁴ L = 10.82 ft

Tabla 3-2

Perfil de VigaW 14 x

61 Zx= 108Ix = 640 in⁴

Iy = 107 in⁴ L = 26.24 ft


Kips Ton Ton TonøcPn = 781.01 354.26 354.26 > 68.13 OK

23.Hacemos la revisión en el eje “x” para verificar que nuestro perfil seleccionado resista la carga que llega a la columna.

G1 = 1.48

G2 = 1.48

Kx = 1.48

KLx = 15.98

KLy = 9.13 9.13 < 13.29 OK

24.Pasamos a revisar todas las posibles fallas en el eje “x”


G1 = 4.524

G2 = 4.524

Kx = 2.15

KLx = 23.26

KLy = 13.29


Fluencia Kips-ft Ton-mφMnx= 4860 55.991

Pandeo Local

h/t= 22.6 < 90.55 No hay pandeo local del alma

Pandeo local del patinSx= 97.40

λ= 17.9104λr= 24.08

Kips-ft Ton-mMn= 1999.71316 23.0 λp= 9.15

Mp= 4870

Kips-ft Ton-mφMn= 1799.74184 20.7 < 55.99 OK

25.Ahora revisamos las fallas en el eje “y” del perfil

26.Ahora revisamos la conexión mas critica

Miembro 234 con conexión mas critica


FluenciaKips-ft Ton-m

Mn=Mp= 2460 28.341

Pandeo local en el patin

Kips-ft Ton-mMn= 2027.1 23.353

Kips-ft Ton-mφMn= 1824.4 21.018 < 23.353 OK


DATOSVigas Acero A992, Fy=50ksi, Fu=65ksiPlaca A36, Fy=32ksi, Fu=58ksi

Distancia entre tornillos =3 inDistancia entre tornillo y borde= 1.5 in

Espesor de la placa =0.375 inLw=15.94 in

Tornillos A325n, 3/4inSoldadura E70, Sw=1/16in

Revisiones

Se revisaran todas las posibles fallas y se tomara la más crítica como la resistencia de la conexión.

Se checa la ruptura en el plano de corte de la soldadura

=0.75x0.707x1/16x70=2.32kip/in

Ahora la rupture del metal base

= .75x.375x06x65=10.97kip/in

Se checa la fluencia metal base

= 0.9x0.375x0.6x50=10.125 kip/in

Por lo tanto se toma como ResistenciaφRn=15.94x2.32=36.97 kips

Ahora el corte en las vigas, que viene del manual para ahorrar tiempo, y se checan los dos perfiles, el de la viga principal y el de la secundaria.

De tabla 3-2W14X61 φvVnx=156 kipsW14X26 φvVnx=106 kips

Ahora el turno del Bloque de corte, se checan dos resistencias se tomara la menor como critica

Ag=22.86x0.375=8.57 in2An=8.57-3x13/16x.375=7.65 in2



=0.75(1x7.65x58+0.6x7.65x58)=532 kips=0.75(1x7.65x58+0.6x7.65x32)=442.93 kips

Controla el 442.93 kips

Se procede a checar la conexión por tornillosEl área de cada tornillo. Ab=0.44 in2

Las siguientes revisiones arrojaran la resistencia por tornillo, para conocer la resistencia total se multiplicara por el número de tornillos en la conexión, en este caso tres.

Corte en cada tornillo

=0.75x0.44x48x1=15.9kips/tornillo

Se checa el aplastamiento en la placa de conexión

=0.75x2.4x3/4x0.375x58x1=29.26 kip/tornillo

=0.75x1.2x1.5x0.375x58≤0.75x2.4x3/4x0.375x58=29.36≤29.36

Controla 29.36kips/tornillo

φRn=29.36x3=88.08 kips

Ahora se checa Ruptura en placa

=0.75x7.65x0.6x58=199.67 kips

Fluencia en corte en placa

=0.75x8.57x0.6x32=123.41kips

Por lo tanto la conexión resiste el menor de las resistencias revisadas: 36.97 kips debida a soldadura, y para esta conexión se demandan 14.81 kips.

En conclusión

36.97<14.81 kips

Entonces la conexión resiste adecuadamente y se utiliza el 40% de su capacidad total.



Conclusión

ste trabajo nos ayudó a reforzar todos los temas que vimos en clase para

poder diseñar la estructura que necesitábamos realizar.

Consideramos que el gran grado de complejidad del trabajo nos da una idea

de cómo podrían ser los problemas ya en la vida laboral, lo cual nos motivó a dar

nuestro mejor esfuerzo para solucionar y encontrar qué perfiles y conexiones serían

los más adecuados para esta estructura.

Ya que terminamos de hacer todos los cálculos de revisión y verificamos que

los perfiles que nos arrojó el programa para usarlos en la estructura pasan, podemos

determinar que nuestro trabajo fue un éxito, sin errores.

Tuvimos que realizar mucha investigación sobre métodos de análisis, cómo se

hacía y se calculaba la cimentación, entre muchos otros cálculos que cuando

terminamos nos sentimos orgullosos de la dedicación que le dimos al proyecto ya

que se ve reflejado en nuestro reporte.



Esperamos tener una buena retroalimentación sobre nuestro trabajo ya que lo

que buscamos es mejorar y sabemos que no siempre vamos a poder hacer los

mejores trabajos pero si con la mejor dedicación.

Anexos

gregamos algunos documentos que creemos que sirven de apoyo y además que algunos son necesarios para poder continuar con la solución del problema.



Referencias Bibliográficas

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