Mem.calculo_La Curacao Huanuco2009(Parte2)

VI. ANALISIS Y DISEÑO

DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURAGEOMETRIA:

1

PROPIEDADES DE LOS MATERIALESACERO : Tijerales: Fy = 36 KSI λc = 7.85 Tn/m3, Ec = 2,000,000 Kg/cm2

Fu = 58 KSI u = 0.30corrugado: Fy = 4200 Kg/cm2, λc = 7.85 Tn/m3, Ec = 2,100,000 Kg/cm2

SOLDADURA: Electrodos: Fexx = 60 KSI (E60 XX - AWS)COBERTURA: Pu = 10.50 kg/m2 (catalogo fabricante)

PLANTA GENERAL

ELEVACION TIJERAL

1

DISEÑO DE TIJERALESPRE-DIMENCIONAMIENTO

SECCION DE ELEMENTOS DEL TIJERAL:Para un calculo inicial, se asume para todos los elementos: A = 10.00 cm2

TIPOS DE CARGAS: Identificando los tipos de cargas intervinientes en la Estructura:CARGA MUERTA (D):

Cobertura (catalogo fabricante): D1 = 10.50 kg/m2

Estructura metalica (estimado a verificar): D2 = 20.00 kg/m2

WD = 30.50 kg/m2

CARGA VIVA DE TECHO (Lr):NTP E.020 - 2006 WLr = 30.00 kg/m2

CARGA DE VIENTO (W):NTP E.030 - 2006 Vh = 65.00 km/h (Mapa Eolico del Peru, zona Huanuco)

θ = 20% = 11.31 ° = pendiente de la superficie, en grados (°)NTP E.020 - 2007 donde: Ph = Presión o succión del viento a una altura “h” perpendicular a

θ ° la superficie, para "h"< 10m (kg/m2)de 15° C = factor de forma adimensional (de tabla izquierda)a 60° (El signo positivo indica presión y el negativo succión)

BARLOVENTO: Considerando presion en el Barlovento: C = 0.70 ρh = 14.79 kg/m2

BARLOVENTO: Considerando succion en el Barlovento: C = -0.30 ρh = -6.34 kg/m2

SOTAVENTO Se tiene succion en el Sotavento: C = -0.60 ρh = -12.68 kg/m2

METRADO DE CARGAS: Calculando las cargas concentradas sobre los nudos de la brida superior:A = ancho tributario entre tijerales (m) = 6.00 m B = ancho tributario entre nudos de brida superior(m) = 1.12 m

CARGA MUERTA (PD): P D = (W D )(A)(B) , PD = 204.96 kgCARGA VIVA DE TECHO (PLr): P Lr = (W Lr )(A)(B) PLr = 201.60 kgCARGA DE VIENTO (W): P W = (ρ h )(A)(B)

BARLOVENTO: Considerando presion en el Barlovento: PWp-s = 99.37 kgDescomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: PWx = 97.44 kg

barlovento sotavento0.70-0.30 -0.60

PLANTA GENERAL

ELEVACION TIJERAL

2005.0 hh xCxVP

2

Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: PWx = 97.44 kgPWx = PW*sen(θ) y PWy = PW*cos(θ) PWy = 19.49 kg

BARLOVENTO: Considerando succion en el Barlovento: PWs-s = -42.59 kgDescomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: PWx = -41.76 kg

PWy = -8.35 kg

SOTAVENTO Se tiene succion en el Sotavento: PWs-s = -85.18 kgDescomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: PWx = -83.52 kg

PWy = -16.70 kg

COMBINACIONES DE CARGAS: ESPECIFICACION A-4.1 LRFD:

ANALISIS ESTRUCTURAL:

NUMERACION DE NUDOS Y BARRAS

PLANTA GENERAL

ELEVACION TIJERAL

2

ESTADO CARGA MUERTA (PD)

ESTADO CARGA VIVA DE TECHO (PLr)

PLANTA GENERAL

ELEVACION TIJERAL

3

ESTADO CARGA VIVA DE TECHO (PLr)

ESTADO CARGA DE VIENTO (PWp-s)

ESTADO CARGA DE VIENTO (PWs-s)

PLANTA GENERAL

ELEVACION TIJERAL

3

DIAGRAMA-ENVOLVENTE DE DEFORMACIONES Se observa la deflexion maxima en el centro de la brida inferior, cuyo valor se considera aceptable

PLANTA GENERAL

ELEVACION TIJERAL

4

DIAGRAMA-ENVOLVENTE DE FUERZA AXIAL

TABLE: Element Forces - FramesFrame P Frame P Frame P Frame PText Kgf Text Kgf Text Kgf Text Kgf

1 1176.2 brida Inf 11 -5842.7 brida sup 21 -3037.2 montante 32 5873.8 diagon.2 6397.9 brida Inf 12 -7212.1 brida sup 22 -1496.6 montante 33 1461.1 diagon.3 7659.2 brida Inf 13 -7250.9 brida sup 23 -614.2 montante 34 -130.4 diagon.4 7619.2 brida Inf 14 -6716.1 brida sup 24 92.9 montante 35 -816.0 diagon.5 7018.2 brida Inf 15 -5880.1 brida sup 25 574.5 montante 36 -1350.5 diagon.6 6876.8 brida Inf 16 -5954.2 brida sup 26 1888.2 montante 37 -1157.7 diagon.7 7336.0 brida Inf 17 -6793.6 brida sup 27 463.1 montante 38 -650.2 diagon.8 7233.3 brida Inf 18 -7331.4 brida sup 28 -77.1 montante 39 169.7 diagon.9 5826.9 brida Inf 19 -7294.7 brida sup 29 -658.2 montante 40 1562.6 diagon.10 0.0 brida Inf 20 -5925.0 brida sup 30 -1537.3 montante 41 6031.9 diagon.

(+): traccion (-): compresion 31 -3080.6 montante

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

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

DISEÑO DE Pu = 7659.23 Kg = 16.87 Kips requiere:BRIDA INFERIOR: L = 1.125 m = 44.29 pulg Ag = 0.521 pulg2

de (1): r > 0.148 pulg An = 0.456 pulg2

Se elige perfil: 2L 1" x 1" x 3/16", d= 1/4": Ag = 0.680 pulg2 > Ag …… OK r x = 0.297 pulg > r …...…OK Ae = 0.578 pulg2 > An …………..OK r y = 0.533 pulg > r …...…OK

Similar para resto de elementos de la brida Inferior

Barra mascritica:N° 3

PLANTA GENERAL

ELEVACION TIJERAL

yg F

PuA

min

UuF

PuAn

min 300

300 minL

rr

L

4

DISEÑO DE Pu = 1888.17 Kg = 4.16 Kips requiere:MONTANTES: L = 1.50 m = 59.06 pulg Ag = 0.128 pulg2

de (1): r > 0.197 pulg An = 0.112 pulg2

Se elige perfil: 2L 1" x 1" x 1/8", d= 1/4": Ag = 0.469 pulg2 > Ag …………..OK r x = 0.304 pulg > r …...… OK Ae = 0.399 pulg2 > An …………..OK r y = 0.519 pulg > r …...… OK

Similar para montantes n° 24, 25, 26 y 27

DISEÑO DE Pu = 6031.91 Kg = 13.29 Kips requiere:DIAGONALES: L = 1.17 m = 46.06 pulg Ag = 0.410 pulg2

de (1): r > 0.154 pulg An = 0.359 pulg2

Se elige perfil: 2L 1" x 1" x 1/8", d= 1/4": Ag = 0.469 pulg2 > Ag …………..OK r x = 0.304 pulg > r …...… OK Ae = 0.399 pulg2 > An …………..OK r y = 0.519 pulg > r …...… OK

Similar para diagonales n°32, 33, 39, 40 y 41

DISEÑO DE ELEMENTOS A COMPRESION ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99:esfuerzo critico en compresion, para acero A-36 ……..(4)

esbeltes admisible r > KL/60 ……..(5)

esfuerzo admisible (Ksi), ……..(6)

donde: Ø = 0.85 (en compresion) y ……..(7)

DISEÑO DE Pu = 7331.41 Kg = 16.15 Kips requiere:BRIDA SUPERIOR: L = 1.15 m = 45.28 pulg Ag = 0.750 pulg2

de (5): r > 0.755 pulg




PLANTA GENERAL

ELEVACION TIJERAL

60r

lK

E

F

r

Klc

y

crF

PuAg

KsiFcr 32.25

yccr FF )658.0(2

5

BRIDA SUPERIOR: L = 1.15 m = 45.28 pulg Ag = 0.750 pulg2

de (5): r > 0.755 pulg

Se elige perfil: 2L 1 1/2" x 1 1/2" x 3/16", d= 1/4": Ag = 1.050 pulg2 > Ag …...…OKr x = 0.457 pulg > r …...…MAL (se obvia)r y = 0.729 pulg > r …...…MAL (se obvia)

VERIFICACION POR ESBELTES:de (7): λc = 1.111 < 1.5 … OK Puadm = Ø(Fcr)(Ag) = 19.16 Kips > Pu OKde (6): Fcr = 21.473 Ksi

VERIFICACION POR PANDEO LOCAL:b = 1 1/2 = 1.50 " λ = 8.00 , = 12.667 > λ = OKT = 3/16 = 0.188 " (no existe pandeo local)

VERIFICACION POR PANDEO FLEXOTORSIONAL:Del perfil: Xcg = 0.000 pulg

Ycg = 0.444 pulg = 0.937 pulg = 0.776 pulgG = 11200 Ksi

b1 = b2 = b - T/2 = 1.41 pulg = 0.0124

= 1.1111 < 1.5 Fcry = 21.473 Ksi

luego: = 150.024 = 46.1027 Ksi

luego: = 41.147 Kips > Pu = 16.15 OK 2L 1 1/2" x 1 1/2" x 3/16", d= 1/4":Similar para elementos de toda la brida inferior

DISEÑO DE Pu = 3080.59 Kg = 6.79 Kips requiere:MONTANTES: L = 0.30 m = 11.81 pulg Ag = 0.315 pulg2

de (5): r > 0.197 pulg

Se elige perfil: 2L 1" x 1" x 1/8", d= 1/4": Ag = 0.469 pulg2 > Ag …...…OKr x = 0.304 pulg > r …...… OKr y = 0.519 pulg > r …...… OK


critica:N° 18

PLANTA GENERAL

ELEVACION TIJERAL

T

b

yFt

b 76

3

322

311 tbtb

J

22222__

yxooo rryxr

2

__

221

o

oo

r

yxH

2__

orA

GJcrz

F

E

Fy

r

Klc

Fyc

FcrycS

FyFcrycS c

2877.0

15:

)658.0(15:

2)(

41

2crzcry

crzcrycrzcrftcrft

Ff

HFF

H

FFF

AgFP crftcn

5

VERIFICACION POR ESBELTES:de (7): λc = 0.436 < 1.5 … OK Puadm = Ø(Fcr)(Ag) = 13.26 Kips > Pu OKde (6): Fcr = 33.250 Ksi

VERIFICACION POR PANDEO LOCAL:b = 1 = 1.00 " λ = 8.00 , = 12.667 > λ = OKT = 1/8 = 0.125 " (no existe pandeo local)



b1 = b2 = b - T/2 = 0.94 pulg = 0.0024;

= 0.4357 < 1.5 Fcry = 33.250 Ksi

luego: = 288.691 = 154.11 Ksi

luego: = 61.436 Kips > Pu = 6.79 OK 2L 1" x 1" x 1/8", d= 1/4":similar para resto de montantes exceptomontantess n° 24, 25, 26 y 28

DISEÑO DE Pu = 1350.45 Kg = 2.97 Kips requiere:DIAGONALES: L = 1.69 m = 66.54 pulg Ag = 0.138 pulg2

de (5): r > 1.109 pulg (preferible)

Se elige perfil: 2L 1" x 1" x 1/8", d= 1/4": Ag = 0.469 pulg2 > Ag …...…OKr x = 0.304 pulg > r …...…MAL (se obvia)r y = 0.519 pulg > r …...…MAL (se obvia)

VERIFICACION POR ESBELTES:de (7): λc = 2.455 < 1.5 … MAL Puadm = Ø(Fcr)(Ag) = 5.60 Kips > Pu OKde (6): Fcr = 14.038 Ksi


PLANTA GENERAL

ELEVACION TIJERAL

T

b

2

__

221

o

oo

r

yxH

yFt

b 76

22222__

yxooo rryxr

3

322

311 tbtb

J

E

Fy

r

Klc

Fyc

FcrycS

FyFcrycS c

2877.0

15:

)658.0(15:

2__

orA

GJcrz

F

2)(

41

2 crzcry

crzcrycrzcrycrft FF

HFF

H

FFF

AgFP crftcn

6

de (6): Fcr = 14.038 KsiVERIFICACION POR PANDEO LOCAL:

b = 1 = 1.00 " λ = 8.000 , = 12.667 > λ = OKT = 1/8 = 0.125 " (no existe pandeo local)



b1 = b2 =b - T/2 = 0.94 pulg = 0.0024

= 2.4546 > 1.5 Fcry = 5.240 Ksi

luego: = 288.691 = 207.892 Ksi

luego: = 82.876 Kips > Pu = 2.97 OK 2L 1" x 1" x 1/8", d= 1/4":similar para diagonales n° 34, 35, 36, 37, y 38

DISEÑO DE SOLDADURAS ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99:

ESPESOR DE SOLDADURA: Dmax = t - 1/16" < 1/2” , Dmin = 1/8”RESIST. POR SOLDADURA: ΦRn = 2*Φ0.60Fexx (T )….…(8) (soldadura en ambas carasRESIST. POR FRACTURA: ΦRn = Φ0.60 Fu(t) …...…... (9) de la plancha)

donde: T = 0.707(D) ademas: C.G. = Centro de Gravedad del Perfil = "Y" t = espesor de plancha L3 = ancho del perfilΦ = 0.75

por equilibrio de fuerzas: Pu = f 1 + f 2 + f 3 f 1 = Pu*(1-Y/L3)-f 3/2 ……(11)por esfuerzo neto de la soldadura del fondo: f 3 = (L3)(ΦRn).….(10) f 2 = Y*Pu/L3 - f 3/2 ……....(12)

Longitudes de soldadura: L1 = f 1/(ΦRn) > 4D …… (13) L2 = f 2/(ΦRn) 4D …… (14)

PLANTA GENERAL

ELEVACION TIJERAL

2

__

221

o

oo

r

yxH

T

b

yFt

b 76

E

Fy

r

Klc

Fyc

FcrycS

FyFcrycS c

2

877.015:

)658.0(15:

AgFP crftcn

22222__

yxooo rryxr

3

322

311 tbtb

J

2__

orA

GJcrz

F

2)(

41

2crzcry

crzcrycrzcrftcrft

Ff

HFF

H

FFF

6

DISEÑO EN NUDO 1:BARRA 1: Pu = 2.59 Kip , Seccion: 2L 1" x 1" x 3/16": L3 = 1.00 pulg Y = 0.318 pulg

escogiendo: t = 1/4 pulg : Dmax = t - 1/16" = 3/16 pulg <1/2" D = 1/8 pulgDmin = 1/8” T = 0.088 pulg

de (8): ΦRn = 4.77 Kip/pulg , de (9): ΦRn = 6.525 Kip/pulg ΦRn = 4.772 Ksi (gobierna)de (10): f 3 = 0.00 Kip (obviando esta fuerza)de (11): f 2 = 0.82 Kip ………OK (f2 > 0 ) de (14): L2 = 0.50 pulg (long. minima = 4D)de (12): f 1 = 1.77 Kip ………OK (f1 > 0 ) de (13): L1 = 0.50 pulg (long. minima = 4D)

BARRA 21: Pu = 6.69 Kip , Seccion: 2L 1" x 1" x 1/8": L3 = 1.00 pulg Y = 0.296 pulgescogiendo: t = 1/4 pulg : Dmax = t - 1/16" = 3/16 pulg <1/2" D = 1/8 pulg

Dmin = 1/8” T = 0.088 pulgde (8): ΦRn = 4.77 Kip/pulg , de (9): ΦRn = 6.525 Kip/pulg ΦRn = 4.772 Ksi (gobierna)

de (10): f 3 = 0.00 Kip (obviando esta fuerza)de (11): f 2 = 1.98 Kip ………OK (f2 > 0 ) de (14): L2 = 0.50 pulg (long. minima = 4D)de (12): f 1 = 4.71 Kip ………OK (f1 > 0 ) de (13): L1 = 0.99 pulg (long. minima = 4D)




BARRA 1: similar al nudo 1



PLANTA GENERAL

ELEVACION TIJERAL

7


0.0032BARRA 32: Pu = 12.94 Kip , Seccion: 2L 1" x 1" x 1/8": L3 = 1.00 pulg Y = 0.296 pulg









similar para barra 6


Dmin = 1/8” T = 0.088 pulg

PLANTA GENERAL

ELEVACION TIJERAL

7



DISEÑO EN NUDO 13:BARRA 12: Pu = 15.89 Kip , Seccion: 2L 1 1/2"x1 1/2"x 3/16": L3 = 1.50 pulg Y = 0.444 pulg




BARRA 22: similar al nudo 1






de (8): ΦRn = 4.77 Kip/pulg , de (9): ΦRn = 6.525 Kip/pulg ΦRn = 4.772 Ksi (gobierna)de (10): f 3 = 0.00 Kip

PLANTA GENERAL

ELEVACION TIJERAL

8

de (10): f 3 = 0.00 Kipde (11): f 2 = 3.88 Kip ………OK (f2 > 0 ) de (14): L2 = 0.81 pulg (long. minima = 4D) 2.07de (12): f 1 = 9.23 Kip ………OK (f1 > 0 ) de (13): L1 = 1.93 pulg (long. minima = 4D) 4.91

similar para barra 15BARRA 26: similar al nudo 6




BARRA 31: Pu = 6.79 Kip , Seccion: 2L 1" x 1" x 1/8": L3 = 1.00 pulg Y = 0.296 pulg 87.5escogiendo: t = 1/4 pulg : Dmax = t - 1/16" = 3/16 pulg <1/2" D = 1/8 pulg






PLANTA GENERAL

ELEVACION TIJERAL

8

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