capítulo 7 ventajas y desventajas de los programas etabs, staad.pro

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS LOAIZA, UNACH Y PLUS I, EN LOS PROGRAMAS ETABS, STAAD.PRO Y

ROBOT CONSIDERANDO PARA EL DISEÑO LA NEC 2015.

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL MENCIÓN ESTRUCTURAS

MARÍA JOSÉ ECHEVERRÍA LANDETA

[email protected]

BYRON GUSTAVO SUNTAXI SUNTAXI

[email protected]

DIRECTOR: ING. JORGE RICARDO VINTIMILLA JARAMILLO MSc.

[email protected]

Quito, abril 2016

II

DECLARACIÓN

Nosotros, MARÍA JOSÉ ECHEVERRÍA LANDETA y BYRON GUSTAVO SUNTAXI SUNTAXI, declaramos que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido presentado previamente para ningún grado o calificación profesional; y, que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.

La Escuela Politécnica Nacional, puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido en la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.

__________________________________ __________________________________

MARÍA JOSÉ BYRON GUSTAVO ECHEVERRÍA LANDETA SUNTAXI SUNTAXI

III

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por MARÍA JOSÉ ECHEVERRÍA LANDETA y BYRON GUSTAVO SUNTAXI SUNTAXI, bajo mi supervisión.

__________________________________

ING. JORGE VINTIMILLA MSc.

DIRECTOR DEL PROYECTO

IV

AGRADECIMIENTOS

Extendemos un especial agradecimiento a quienes forman parte de la Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental, autoridades, personal docente y administrativo, por su colaboración en la realización del presente proyecto. A nuestros profesores, por todos los conocimientos impartidos a lo largo de la carrera, no solo en el aspecto académico, sino también por educarnos en valores que seguramente nos llevarán a ser buenos profesionales. Al Ingeniero Jorge Vintimilla por colaborarnos y guiarnos con su experiencia como director del proyecto. Finalmente a nuestros compañeros, amigos y futuros colegas.

V

DEDICATORIA

A mis padres, José y Luisa, por su apoyo incondicional, por creer en mí y

animarme siempre a continuar con mis metas, por su amor y su esfuerzo por

sacar adelante a nuestra familia. A mi hermana Elsita por estar siempre pendiente

de mi bienestar, brindarme un buen ejemplo, por ser mi amiga y consejera.

María José Echeverría

VI

DEDICATORIA

A mis padres Gustavo y Lourdes, por haberme brindado su apoyo incondicional

en mi formación académica, que gracias a sus enseñanzas, consejos y principios

me he formado como una persona honesta y responsable. A mis hermanas

Brigitte y Mariela, que han estado junto a mí en los momentos más difíciles,

siempre brindándome su apoyo y cariño. A mi sobrino Fernando, que es la

personita más importante y especial de mi vida, que con sus locuras y travesuras

me llena de felicidad.

Byron Gustavo Suntaxi

VII

CONTENIDO

DECLARACIÓN ......................................................................................................................... II

CERTIFICACIÓN ...................................................................................................................... III

AGRADECIMIENTOS .............................................................................................................. IV

DEDICATORIA .......................................................................................................................... V

CONTENIDO ........................................................................................................................... VII

ÍNDICE DE CUADROS............................................................................................................ XI

ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................................ XIV

RESUMEN ............................................................................................................................... XV

ABSTRACT ............................................................................................................................ XVII

PRESENTACIÓN .................................................................................................................. XVII

CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 1

1.1 ANTECEDENTES ................................................................................................. 1

1.2 OBJETIVOS .......................................................................................................... 2

1.2.1 OBJETIVO GENERAL ........................................................................................ 2

1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................. 2

1.3 ALCANCE ............................................................................................................. 2

1.4 JUSTIFICACIÓN ................................................................................................... 3

CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS ........................................................................... 4

2.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES ....................................................... 4

2.1.1 PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO ...................................................... 4

2.1.2 PROPIEDADES MECÁNICAS DEL HORMIGÓN .............................................. 5

2.2 NORMAS Y CÓDIGOS PARA EL DISEÑO ........................................................... 6

2.2.1 NORMA ECUATORIANA DE LA CONSTRUCCIÓN NEC15 ............................. 6

2.2.1.1 ANÁLISIS SÍSMICO ESTÁTICO .............................................................................. 7

2.2.1.2 COMBINACIONES DE DISEÑO POR ÚLTIMA RESISTENCIA (LRFD) .............. 7

2.2.2 ESPECIFICACIÓN ANSI/AISC .......................................................................... 8

2.2.2.1 ELEMENTOS SOMETIDOS A FLEXIÓN ................................................................ 9

2.2.2.2 ELEMENTOS SOMETIDOS A COMPRESIÓN .................................................... 10

2.2.2.2.1 COLUMNAS DE SECCIÓN COMPUESTA ................................................ 10

CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE LOS PROGRAMAS USADOS ............................ 14

VIII

3.1 ETABS 2015 ........................................................................................................ 14

3.2 STAAD.PRO V8i ................................................................................................. 15

3.3 ROBOT STRUCTURAL....................................................................................... 17

CAPÍTULO 4 PRESENTACIÓN DE PROYECTOS Y PREDIMENSIONAMIENTO ........... 19

4.1 EDIFICIO LOAIZA ............................................................................................... 19

4.1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ................................................................... 19

4.1.1.1 CARACTERÍSTICAS ARQUITECTÓNICAS ......................................................... 19

4.1.1.2 CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES ............................................................ 21

4.1.1.3 DETERMINACIÓN DE CARGAS VERTICALES .................................................. 22

4.1.1.4 CONSIDERACIONES Y PARÁMETROS PARA EL DISEÑO SÍSMICO............. 23

4.1.2 PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES ................ 25

4.1.2.1 PREDIMENSIONAMIENTO DE LOSAS ............................................................... 25

4.1.2.2 PREDIMENSIONAMIENTO DE VIGUETAS ......................................................... 26

4.1.2.3 PREDIMENSIONAMIENTO DE VIGAS PRINCIPALES....................................... 29

4.1.2.4 PREDIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS ...................................................... 31

4.2 EDIFICIO UNACH ............................................................................................... 33










4.3 EDIFICIO PLUS I ................................................................................................ 45








IX



4.3.2.4 PREDIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS ...................................................... 58

CAPÍTULO 5 MODELACIÓN, ANÁLISIS Y DISEÑO ......................................................... 60

5.1 GENERACIÓN DEL MODELO ............................................................................ 61

5.2 EJECUCIÓN DEL ANÁLISIS ............................................................................... 71

5.3 EJECUCIÓN DEL DISEÑO ................................................................................. 72

5.4 PRESENTACIÓN DE RESULTADOS ................................................................. 73

CAPÍTULO 6 COMPARACIÓN DE RESULTADOS DE ANÁLISIS Y DISEÑO

ESTRUCTURAL ..................................................................................................................... 77

6.1 RESULTADOS OBTENIDOS PARA EL EDIFICIO LOAIZA ................................ 78

6.1.1 ESTRUCTURA GLOBAL .................................................................................. 78

6.1.2 ELEMENTOS ESTRUCTURALES ................................................................... 83

6.2 RESULTADOS OBTENIDOS PARA EL EDIFICIO UNACH ................................ 90

6.2.1 ESTRUCTURA GLOBAL .................................................................................. 90

6.2.2 ELEMENTOS ESTRUCTURALES ................................................................... 95

6.3 RESULTADOS OBTENIDOS PARA EL EDIFICIO PLUS I ............................... 102

6.3.1 ESTRUCTURA GLOBAL ................................................................................ 102

6.3.2 ELEMENTOS ESTRUCTURALES ................................................................. 109

6.4 RESUMEN DE RESULTADOS ......................................................................... 116

CAPÍTULO 7 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PROGRAMAS ETABS,

STAAD.PRO Y ROBOT STRUCTURAL ............................................................................. 119

7.1 ETABS VERSIÓN 15.0.0 ................................................................................... 119

7.1.1 VENTAJAS ..................................................................................................... 119

7.1.2 DESVENTAJAS ............................................................................................. 120

7.2 7.2 STAAD.PRO V8i ......................................................................................... 120

7.2.1 VENTAJAS ..................................................................................................... 120

7.2.2 DESVENTAJAS ............................................................................................. 120

7.3 7.3 ROBOT STRUCTURAL ANALYSIS PROFESSIONAL 2015 ...................... 121

7.3.1 VENTAJAS ..................................................................................................... 121

7.3.2 DESVENTAJAS ............................................................................................. 122

CAPÍTULO 8 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................................. 123

8.1 CONCLUSIONES .............................................................................................. 123

X

8.2 RECOMENDACIONES ..................................................................................... 125

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................... 127

ANEXOS ................................................................................................................................ 128

DEFINICIÓN DE SECCIÓN EQUIVALENTE PARA COLUMNA Y COMPARACIÓN

DE DESPLAZAMIENTOS ................................................................................................... 129

XI

ÍNDICE DE CUADROS

CUADRO 2.1 PUNTO DE FLUENCIA Y RESISTENCIA ÚLTIMA ........................................ 5

CUADRO 2.2 RAZÓN ANCHO-ESPESOR: ELEMENTOS EN COMPRESIÓN

DE MIEMBROS A FLEXIÓN .................................................................................................. 10

CUADRO 2.3 RAZONES ANCHO-ESPESOR LIMITES PARA ELEMENTOS DE

ACERO COMPRIMIDOS EN MIEMBROS COMPUESTOS SUJETOS A FLEXION ........... 11

CUADRO 4.1 USO Y DITRIBUCIÓN DE ESPACIOS DEL EDIFICIO LOAIZA ................ 19

CUADRO 4.2 HIPÓTESIS DE CARGA DEL EDIFICIO LOAIZA ....................................... 23

CUADRO 4.3 PARÁMETROS DE DISEÑO SÍSMICO DEL EDIFICIO LOAIZA ............... 24

CUADRO 4.4 CARGA SOBREIMPUESTA PARA DECK DEL EDIFICIO LOAIZA .......... 25

CUADRO 4.5 PROPIEDADES DE LA PLACA COLABORANTE KUBILOSA .................. 25

CUADRO 4.6 TABLA DE AYUDA PARA DISEÑO DE KUBILOSA ................................... 26

CUADRO 4.7 PARÁMETROS PARA EL PREDIMENSIONAMIENTO DE LA

VIGUETA DEL EDIFICIO LOAIZA ......................................................................................... 27

CUADRO 4.8 PREDISEÑO DE LA VIGUETA DEL EDIFICIO LOAIZA ............................. 28


VIGA DEL EDIFICIO LOAIZA ................................................................................................ 29

CUADRO 4.10 PREDISEÑO DE LA VIGA DEL EDIFICIO LOAIZA .................................. 30


COLUMNA DEL EDIFICIO LOAIZA ...................................................................................... 31

CUADRO 4.12 PREDISEÑO DE LA COLUMNA DEL EDIFICIO LOAIZA ........................ 32

CUADRO 4.13 USO Y DISTRIBUCIÓN DE ESPACIOS DEL EDIFICIO UNACH ............ 33

CUADRO 4.14 HIPÓTESIS DE CARGA DEL EDIFICIO UNACH ...................................... 36

CUADRO 4.15 PARÁMETROS DE DISEÑO SÍSMICO DEL EDIFICIO UNACH ............. 37

CUADRO 4.16 CARGA SOBREIMPUESTA PARA DECK DEL EDIFICIO UNACH .......... 38


VIGUETA DEL EDIFICIO UNACH......................................................................................... 39

CUADRO 4.18 PREDISEÑO DE LA VIGUETA DEL EDIFICIO UNACH ........................... 40


VIGA DEL EDIFICIO UNACH ................................................................................................ 42

CUADRO 4.20 PREDISEÑO DE LA VIGA DEL EDIFICIO UNACH .................................. 43

XII


COLUMNA DEL EDIFICIO UNACH ...................................................................................... 44

CUADRO 4.22 PREDISEÑO DE LA COLUMNA DEL EDIFICIO UNACH ........................ 44

CUADRO 4.23 USO Y DISTRIBUCIÓN DE ESPACIOS DEL EDIFICIO PLUS I ............. 46

CUADRO 4.24 HIPÓTESIS DE CARGA DEL EDIFICIO PLUS I ....................................... 50

CUADRO 4.25 PARÁMETROS DE DISEÑO SÍSMICO DEL EDIFICIO PLUS I............... 50

CUADRO 4.26 CARGA SOBREIMPUESTA PARA DECK DEL EDIFICIO PLUS I .......... 52


VIGUETA DEL EDIFICIO PLUS I .......................................................................................... 53

CUADRO 4.28 PREDISEÑO DE LA VIGUETA DEL EDIFICIO PLUS I ............................ 54


VIGA DEL EDIFICIO PLUS I .................................................................................................. 56

CUADRO 4.30 PREDISEÑO DE LA VIGA DEL EDIFICIO PLUS I .................................... 57


COLUMNA DEL EDIFICIO PLUS I ........................................................................................ 58

CUADRO 4.32 PREDISEÑO DE LA COLUMNA DEL EDIFICIO PLUS I .......................... 58

CUADRO 5.1 MODELACIÓN ................................................................................................ 61

CUADRO 5.2 ANÁLISIS ......................................................................................................... 71

CUADRO 5.3 DISEÑO ........................................................................................................... 72

CUADRO 5.4 PRESENTACIÓN DE RESULTADOS .......................................................... 73

CUADRO 6.1 RESULTADOS GENERALES DEL EDIFICIO LOAIZA ............................... 78

CUADRO 6.2 RESULTADOS VIGUETA DEL 3er PISO, ENTRE EJES A – B

Y EJES 2 – 3 ............................................................................................................................ 83

CUADRO 6.3 RESULTADOS VIGA PRINCIPAL DEL 3er PISO, EJE B, ENTRE

EJES 3 – 4 ............................................................................................................................... 85

CUADRO 6.4 RESULTADOS COLUMNA CENTRAL DEL 1er PISO, INTERSECCIÓN

EJES E – 3 ............................................................................................................................... 87

CUADRO 6.5 RESULTADOS GENERALES DEL EDIFICIO UNACH ............................... 90

CUADRO 6.6 RESULTADOS VIGUETA DEL 5to PISO, ENTRE EJES D – E

Y EJES 3 – 4 ............................................................................................................................ 95

CUADRO 6.7 RESULTADOS VIGA PRINCIPAL DEL 5to PISO, EJE B, ENTRE

EJES 1 – 2 ............................................................................................................................... 97

XIII

CUADRO 6.8 RESULTADOS COLUMNA PERIMETRAL DEL 1er PISO,

INTERSECCIÓN EJES B – 1 ................................................................................................. 99

CUADRO 6.9 RESULTADOS GENERALES DEL EDIFICIO PLUS I .............................. 102

CUADRO 6.10 RESULTADOS VIGUETA DEL 9no PISO, ENTRE EJES C – C´

Y EJES 1 – 2´ ........................................................................................................................ 109

CUADRO 6.11 RESULTADOS VIGA PRINCIPAL DEL 9no PISO, ENTRE

EJES D – E Y EJES 2 – 2´ ................................................................................................... 111

CUADRO 6.12 RESULTADOS COLUMNA CENTRAL DEL 5to PISO,

INTERSECCIÓN EJES B – 2 ............................................................................................... 113

CUADRO 6.13 RESUMEN DE RESULTADOS ................................................................. 116

XIV

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 2.1 COLUMNAS COMPUESTAS .......................................................................... 11

FIGURA 4.1 PLANTA ARQUITECTÓNICA DEL EDIFICIO LOAIZA ................................. 20

FIGURA 4.2 CORTE LONGITUDINAL DEL EDIFICIO LOAIZA ......................................... 21

FIGURA 4.3 ESTRUCTURACIÓN LOSA DE ENTREPISO - EDIFICIO LOAIZA ............. 22

FIGURA 4.4 DISPOSICIÓN DE VIGUETA DEL EDIFICIO LOAIZA .................................. 26

FIGURA 4.5 CARGA SOBRE LA VIGUETA DEL EDIFICIO LOAIZA ................................ 27

FIGURA 4.6 DISPOSICIÓN DE VIGA PRINCIPAL DEL EDIFICIO LOAIZA ..................... 29

FIGURA 4.7 CARGA SOBRE LA VIGA PRINCIPAL DEL EDIFICIO LOAIZA .................. 30

FIGURA 4.8 PLANTA ARQUITECTÓNICA DEL EDIFICIO UNACH ................................. 34

FIGURA 4.9 CORTE LONGITUDINAL DEL EDIFICIO UNACH ......................................... 35

FIGURA 4.10 ESTRUCTURACIÓN LOSA DE ENTREPISO EDIFICIO UNACH ............. 36

FIGURA 4.11 DISPOSICIÓN DE VIGUETA DEL EDIFICIO UNACH ................................ 39

FIGURA 4.12 CARGA SOBRE LA VIGUETA DEL EDIFICIO UNACH .............................. 40

FIGURA 4.13 DISPOSICIÓN DE VIGA PRINCIPAL DEL EDIFICIO UNACH ................... 41

FIGURA 4.14 CARGA SOBRE LA VIGA PRINCIPAL DEL EDIFICIO UNACH ................ 42

FIGURA 4.15 PLANTA ARQUITECTÓNICA DEL EDIFICIO PLUS I ................................. 47

FIGURA 4.16 CORTE LONGITUDINAL DEL EDIFICIO PLUS I ........................................ 48

FIGURA 4.17 ESTRUCTURACIÓN LOSA DE ENTREPISO DEL EDIFICIO PLUS I ........ 49

FIGURA 4.18 DISPOSICIÓN DE VIGUETA DEL EDIFICIO PLUS I .................................. 52

FIGURA 4.19 CARGA SOBRE LA VIGUETA DEL EDIFICIO PLUS I ............................... 53

FIGURA 4.20 DISPOSICIÓN DE VIGA PRINCIPAL DEL EDIFICIO PLUS I .................... 55

FIGURA 4.21 CARGA SOBRE LA VIGA PRINCIPAL DEL EDIFICIO PLUS I .................. 56

FIGURA 6.1 CURVA FUERZA LATERAL VS DESPLAZAMIENTO MÁXIMO EN

DIRECCIÓN X ....................................................................................................................... 117

FIGURA 6.2 CURVA FUERZA LATERAL VS DESPLAZAMIENTO MÁXIMO EN

DIRECCIÓN Y ....................................................................................................................... 117

FIGURA 6.3 CURVA CORTE BASAL VS DESPLAZAMIENTO MÁXIMO EN

DIRECCIÓN X ....................................................................................................................... 118

FIGURA 6.4 CURVA CORTE BASAL VS DESPLAZAMIENTO MÁXIMO EN

DIRECCIÓN Y ....................................................................................................................... 118

XV

RESUMEN

El estudio comparativo de análisis y diseño se realiza para tres edificaciones de acero de sistema estructural dual, con pórticos y muros de corte. Los edificios en estudio son: edificio de departamentos LOAIZA, edificio destinado para el funcionamiento de la Facultad de Ciencias de la Educación Humanas y Tecnológicas de la UNACH y edificio de oficinas PLUS I.

Se comienza con la modelación de los edificios en el programa Etabs, para esto,

es necesario realizar cálculos previos de predimensionamiento de losa Deck, viguetas, vigas y columnas representativas. De acuerdo a los requerimientos y especificaciones que presentan las normas de diseño NEC15 y ANSI/AISC360-10, se verifica entre otros parámetros, los modos de vibración, derivas máximas de piso, deflexiones, esfuerzos, etc., y se realiza un proceso de ajuste y optimización de los modelos.

Los programas de análisis y diseño de estructuras presentan variaciones en lo que respecta a su manejo y a la precisión de sus resultados, para establecer cuan significativas son estás diferencias se procede a modelar los edificios, tanto en el programa STAAD.Pro, como en Robot Structural, partiendo del diseño realizado en Etabs, es decir, se modelan los elementos con las mismas secciones, materiales, restricciones y demás condiciones consideradas.

Finalmente se comparan los resultados de las variables dependientes obtenidas para cada edificio, en los diferentes programas, como: peso de la edificación, períodos de vibración, corte basal, esfuerzos, deflexiones, etc., además se establecen ventajas y desventajas del uso de cada software.

XVI

ABSTRACT

The comparative study of analysis and design is perform for three steel frame systems with structural walls. The buildings in study are: apartment building Loaiza, building intended for the operation of the Faculty of Human Sciences and Technology Education UNACH, and office building PLUS I.

It begins with the modeling of the buildings in the Etabs program, for this is necessary predimensioning previous calculations Deck slab, girders, beams and

representative columns. According to the requirements and specifications presented NEC15 design standards and ANSI / AISC360-10, it’s verified among other parameters, vibration modes, maximum floor drifts, deflections, efforts, etc., and a process is performed adjustment and optimization models.

Program analysis and design of structures vary in regard to handling and accuracy of their results, to establish how significant are these differences are necessary to model buildings, both STAAD.Pro program, and Robot Structural , based on the designed in Etabs, elements with the same sections, materials, restrictions and other conditions are modeled considered.

Finally, we compare the results of the dependent variables obtain from each building from each different program, such as weight of the building, vibration periods, basal cutting efforts, deflections, etc., and advantages and disadvantages of using established each software.

XVII

PRESENTACIÓN

El presente proyecto se desarrolla en siete capítulos distribuidos de la siguiente manera:

En el primer capítulo se presenta de manera introductoria los antecedentes, objetivos, alcance y justificación de la realización del tema de investigación.

El segundo capítulo contiene los fundamentos teóricos para el desarrollo del análisis y diseño de edificios, basados en las normas NEC 15 y AISC 360-10. Además se expone las propiedades mecánicas de los materiales a utilizar.

El tercer capítulo presenta las características propias y fundamentos de los programas Etabs, Staad.Pro y Robot Structural.

En el cuarto capítulo se presenta la descripción arquitectónica y estructural de cada edificio, además las hipótesis de carga para cada caso, el análisis de parámetros sísmicos y el predimensionamiento de las secciones.

El quinto capítulo explica de forma sistemática el proceso seguido para la generación de los modelos en cada uno de los programas, incluyendo la ejecución del análisis, diseño y presentación de resultados.

La comparación de resultados obtenidos del análisis y diseño estructural de los edificios LOAIZA, UNACH y PLUS I, en los diferentes programas, se desarrolla en el sexto capítulo. Para facilitar dicha comparación, se presentan cuadros resumen para cada edificio, los cuales muestran la diferencia en porcentaje de los valores obtenidos con los programas STAAD.Pro y Robot Structural respecto al Etabs.

Terminado el proceso de modelación y análisis de los edificios, se establecen ventajas y desventajas propias de cada programa, como se indica en el séptimo capítulo.

Finalmente, en el octavo capítulo se presentan las conclusiones y recomendaciones obtenidas del análisis de resultados, seguidas de los anexos.

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN

1.1 ANTECEDENTES

Uno de los programas de análisis y diseño estructural más utilizados en la actualidad es el Etabs, sencillo y fácil de usar, desarrollado particularmente para modelar edificios, tanto modelos simples, como los más grandes y complejos, haciéndolo la herramienta predilecta para ingenieros estructurales. Sin embargo,

en el mercado se dispone, para el mismo fin, una amplia variedad de programas, unos más conocidos que otros, por los ingenieros que trabajan con estructuras de edificios en nuestro país.

En el presente estudio se utilizará para el análisis y diseño de estructuras dos programas, además del reconocido Etabs, que son: STAAD.Pro y Robot Structural, atendiendo a la importancia de incursionar en el manejo de nuevas tecnologías y ser profesionistas competitivos en el campo de nuestra especialización.

STAAD.Pro, es un software estructural basado en la teoría de los Elementos Finitos con el cual se pueden realizar modelos de análisis, diseño, visualización y verificación. Este programa es capaz de analizar cualquier estructura expuesta a respuestas dinámicas, interacción suelo-estructura, o viento, sismo y cargas móviles. Además, fácilmente puede satisfacer los requerimientos de diseño y cargas, incluyendo códigos Americano, Europeo, Nórdico, Indio y Asiático; así como códigos especiales como AASHTO, ASCE 52, IBC, entre otros.

Robot Structural Analysis, es un programa aplicado a la ingeniería, con el fin de analizar y diseñar estructuras para edificaciones, obra civil, industria energética, edificación industrial, estructuras marinas, etc. Permite calcular una gran variedad

de estructuras, desde una viga simplemente apoyada hasta el análisis dinámico de un modelo de elementos finitos de geometría compleja, este cálculo lo realiza de forma rápida y eficaz. El programa incluye múltiples normas internacionales de diseño incluyendo la normativas españolas, euro códigos, normas americanas, etc.

2

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 OBJETIVO GENERAL

Comparar resultados y metodologías de los programas de análisis estructural Etabs, STAAD.Pro y Robot Structural, mediante la modelación de los edificios LOAIZA, UNACH y PLUS I.

1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

· Caracterizar la interfaz de usuario de los programas a utilizar para el análisis estructural.

· Diseñar elementos estructurales típicos tales como vigas y columnas utilizando las normas NEC 15 y ANSI/AISC.

· Establecer ventajas y desventajas del uso de cada programa en el proceso de modelación de los tres edificios.

1.3 ALCANCE

El análisis y diseño estructural es parte fundamental de la ingeniería civil, donde su principal objetivo es cumplir con requerimientos de seguridad, funcionalidad y serviciabilidad. Para satisfacer lo antes mencionado existen métodos de cálculo estructural que dependiendo de la geometría de la edificación se vuelven más complejos.

En la actualidad existen diferentes programas para el análisis de estructuras como edificaciones, que facilitan y agilitan el proceso de cálculo y a su vez presentan variaciones en lo que respecta a su manejo y a la precisión en los resultados que se obtienen, por tanto, resulta necesario establecer cuan significativos e

influyentes son estas diferencias en el diseño de los elementos que conforman la estructura.

El estudio comparativo del análisis y diseño estructural se realizará para los edificios: LOAIZA, UNACH, y PLUS I, de cuatro, ocho y diez pisos, respectivamente, de estructura mixta (pórticos de acero más muros de corte),

3

regulares en altura; por medio de los programas especializados en el área de análisis y diseño estructural ETABS, STAAD.Pro y Robot Structural, con lo cual se busca resolver las incertidumbres en cuanto a la precisión e interpretación de resultados obtenidos, además de establecer capacidades y deficiencias que los paquetes computacionales poseen.

El análisis y diseño estructural de los edificios LOAIZA, UNACH y PLUS I, será realizado en base en los requerimientos y especificaciones que se menciona las normas ANSI/AISC y NEC 15, dentro de los cuales se contemplan requerimientos sísmicos, bases de cálculo, estados límites, etc.

1.4 JUSTIFICACIÓN

Con la realización del presente proyecto se busca analizar y comparar las metodologías que usan los programas para el diseño y cálculo estructural, Etabs, STAAD.Pro y Robot Structural, comparando los modelos realizados en cada uno, determinando ventajas y desventajas, además la precisión en los resultados que arrojan.

Por otro lado, este proyecto será un aporte para profesionales que se dedican al diseño estructural especialmente de edificios, pues se mostrará de manera didáctica el procedimiento para la modelación, análisis y diseño de edificios metálicos, el criterio utilizado en el dimensionamiento de los diferentes elementos estructurales como vigas, viguetas y columnas.

Se considera importante inducir a los profesionales y estudiantes de ingeniería al uso de otros programas de análisis, cálculo y diseño estructural, además de los tradicionalmente utilizados en nuestro medio. Parte de este proyecto se presentará como un manual, que servirá de guía para el manejo de la interfaz de los programas Etabs, Staad.Pro y Robot Structural, además con el proyecto se pretende desarrollar la capacidad del usuario en la interpretación resultados que cada programa exterioriza.

4

CAPÍTULO 2

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

2.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

2.1.1 PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO

Entre las propiedades mecánicas más importantes del acero están:

· Módulo de elasticidad (E): El rango típico para todos los aceros (independientemente de la resistencia de fluencia) es de 193000 a 207000 MPa.

El valor del módulo de elasticidad que se considera para la modelación de los elementos estructurales en este caso es 2043000 Kg/ cm2.

· Módulo de cortante (G): El módulo de cortante de cualquier material elástico

se calcula:

G = E2(1 + u) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(2.1)

Donde μ = coeficiente de Poisson que se toma como 0.3 para el acero.

G = 20430002 " (1 + 0,3)!

G!=!785769![Kg/cm2]!

· Coeficiente de expansión térmica (α): El coeficiente de expansión térmica puede tomarse como: α = 11.7 X 10-6 (°C-1), valor presentado por default en el programa Etabs.

5

· Punto de fluencia y resistencia última: En el Cuadro 2.1 se dan los puntos de fluencia de los varios grados de acero que interesan al ingeniero estructural.

Para el proyecto se usará acero A572Gr50, el cual se produce bajo la especificación ASTM A572.

CUADRO 2.1 PUNTO DE FLUENCIA Y RESISTENCIA ÚLTIMA

Fy Fu

ASTM MPa Kg/cm2 MPa Kg/cm2 A 36 250 2530 400 a 550 4080 a 5620

A 529 345 3515 485 4950 380 3880 485 4950

A 242 320 3235 460 4710 345 3515 485 4920 290 2950 414 4220

A 572 345 3520 450 4570

414 4220 515 5270 450 4570 550 5620

A 992 345 3515 450 a 620 4570 a 6330 A 53 240 2460 414 4220

A 500 320 3235 430 4360 A 501 250 2530 400 4080 A 588 345 3515 483 4920

A 709

250 2550 400 4080 345 3515 450 4590 485 4950 585 5965 690 7036 585 7750 620 6322 690 7040

A 913 345 a 483 3515 a 4920 448 a 620 4570 a 6330

FUENTE: Elección del tipo de acero para estructuras http://www.gerdaucorsa.com.mx/articulos/Eleccion_del_Tipo_de_Acero_para_Estructuras.pdf

· Peso específico (ρ): Peso por unidad de volumen, 7.849 T/m3.

2.1.2 PROPIEDADES MECÁNICAS DEL HORMIGÓN

Módulo de elasticidad (E): E = esfuerzo / deformación es una medida de la rigidez, resistencia del hormigón a la deformación. El módulo de elasticidad del hormigón estructural normalmente varía entre 1.4x105 y 4.2x105 kg/cm2.

El valor del módulo de elasticidad que se considera para la modelación, por sugerencia del director del proyecto se calculará como se indica:

E = 13500!#f´c!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(2.2)

Donde f´c = resistencia a compresión del hormigón es de 240 kg/cm2

6

E = 13500! " #240!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

E!=!209141,1![kg/cm2]!

· Módulo de cortante (G): El módulo de cortante se calcula con la ecuación 2.1

Donde μ = coeficiente de Poisson que se toma como 0.2 para el hormigón

G = 209141,12 " (1 + 0,2)!

G!=!87142,12![Kg/cm2]!

· Coeficiente de expansión térmica (α): El valor del coeficiente de expansión está entre 0,8 - 1,2 x 10-5 (°C-1), en este caso se considera α = 0,99 X 10-5 (°C-1), valor presentado por default en el programa Etabs.

2.2 NORMAS Y CÓDIGOS PARA EL DISEÑO

En el proceso de análisis y diseño de una edificación se debe verificar que los elementos estructurales, aplicación de cargas, combinación de cargas cumplan con normas y códigos vigentes en nuestro medio. El análisis estático se efectuará en base a la Norma Ecuatoriana de la Construcción, NEC 15, para el diseño de los diferentes elementos de acero se tomará como referencia la norma ANSI/AISC.

2.2.1 NORMA ECUATORIANA DE LA CONSTRUCCIÓN NEC15

La norma ecuatoriana de la construcción tiene como principal objetivo el proveer de seguridad y calidad a todo tipo de edificación que se construya en nuestro

medio, para esto, dispone de requisitos que se encuentran distribuidos en 10 capítulos:

· Cargas (No sísmicas)

· Peligro sísmico y diseño sismo resistente

· Rehabilitación sísmica de estructuras

· Estructuras de hormigón armado

7

· Estructuras de mampostería estructural

· Geotecnia y cimentaciones

· Estructuras de acero

· Estructuras de madera

· Vidrio

· Viviendas de hasta dos pisos con luces de hasta 5m

Para el presente proyecto se tomará en cuenta los capítulos referentes a Cargas (No sísmicas) NEC_SE_CG, Peligro Sísmico y Diseño Sismo Resistente NEC_SE_DS y Estructuras de Acero NEC_SE_AC.

2.2.1.1 Análisis Sísmico Estático

La Norma Ecuatoriana de la Construcción 2015, propone un capítulo dedicado al diseño sismo resistente, en él se encuentra el método DBF (diseño basado en fuerzas), el cual constituye un análisis sísmico obligatorio en todo tipo de estructuras.

Para el estudio se aplicarán fuerzas laterales, obtenidas mediante un procedimiento estático según lo estipulado en el capítulo Peligro Sísmico y Diseño Sismo Resistente NEC_SE_DS.

2.2.1.2 Combinaciones de diseño por última resistencia (LRFD)

Los valores de las cargas individuales (carga muerta, carga viva, sismo, etc.), se estiman primero según las indicaciones de la NEC 2015, estas cargas se denominan cargas de servicio o de trabajo. Una vez encontradas, se agrupan, y se escoge la combinación más desfavorable de cargas que pudiera ocurrir, al mismo tiempo para usarla durante el análisis y diseño.

Las combinaciones con el método LRFD, son grupos posibles de cargas de servicio, cada una se multiplica por un factor de carga, normalmente mayor de

1.0. La mayor combinación lineal resultante de las cargas de servicio en un grupo, se usa para calcular los momentos, los cortantes y otras fuerzas en la estructura (Ru). Estos valores no deben ser mayores que las resistencias nominales (Rn), de

los miembros multiplicados por sus factores de reducción (φ).

$!Rn!%!Ru!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(2.3)!

8

Para edificios, como indica la NEC 2015, en base al ASCE 7 sección 2.3, los componentes de la estructura se diseñarán de acuerdo a las siguientes combinaciones:

U!=!1.4D!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(2.4)!

U!=!1.2D!+!1.6L!+!0.5!máx!(Lr!o!S!o!R)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(2.5)!

U!=!1.2D!+!1.6!máx!(Lr!o!S!o!R)!+!máx!(L!o!0.5W)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(2.6)!

U!=!1.2D!+!1.0W!+!L!+!0.5!máx!(L!o!S!o!R)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(2.7)!

!!!!!!!!!!!!U!=!1.2D!+!1.0E!+!L!+!0.2S!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(2.8)!

!!!!!!!!!!!!!U!=!0.9D!+!1.0W!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(2.9)!

!!!!!!!!!!!!!!U!=!0.9D!+!1.0E!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(2.10)!

Donde:

D: Carga permanente E: Carga de sismo L: Sobrecarga (carga viva) Lr: Sobrecarga cubierta (carga viva) S: Carga de granizo W: Carga de viento R: Lluvia

2.2.2 ESPECIFICACIÓN ANSI/AISC

La especificación para edificios de acero (ANSI/AISC 360-10), se aplica al diseño de sistemas estructurales de acero o sistemas con acero estructural actuando en estructuras compuestas con hormigón armado. Esta especificación establece criterios en el diseño, fabricación y montaje de edificios de acero estructural y otras estructuras.

9

El código Seismic Provisions for Structural Steel Buildings (ANSI/AISC341) deberá ser aplicado en el diseño de sistemas sismoresistentes de acero estructural o de acero estructural actuando en combinación con hormigón armado.1

2.2.2.1 Elementos sometidos a flexión

Según las disposiciones del ANSI/AISC 360, las secciones de acero se clasifican en compactas, no compactas y esbeltas. Los miembros de acero con secciones compactas pueden desarrollar su resistencia total sin fenómenos de inestabilidad local, por tanto, no es necesario revisar el estado límite de pandeo local.

Por el contrario, los miembros que tienen uno o más elementos no compactos, o elementos esbeltos, podrán presentar pandeo local, y su resistencia deberá evaluarse considerando este fenómeno.2

Una sección es compacta, cuando sus alas están continuamente conectadas al alma o las almas y la razón ancho/espesor de sus elementos comprimidos no exceden la razón λp del cuadro 2.2.

El cálculo de la resistencia nominal de flexión, Mn, para elementos con secciones compactas viene dado por:

M& =!M' =!F*!Z-! !! (2.11)

Donde:

Fy: Tensión de fluencia mínima especificada del tipo de acero utilizado Zx: Módulo de sección plástico en torno al eje x

1 Fuente: Especificación ANSI/AISC 360-10 para Construcciones de Acero

2 FUENTE: Valencia Clement Gabriel, Estructuras de Acero Introducción al Diseño, 2006

10

CUADRO 2.2 RAZÓN ANCHO-ESPESOR: ELEMENTOS EN COMPRESIÓN DE

MIEMBROS A FLEXIÓN

FUENTE:

Especificación ANSI/AISC 360-10 para Construcciones de Acero

2.2.2.2 Elementos sometidos a compresión

2.2.2.2.1 Columnas de sección compuesta

Las columnas compuestas se construyen con perfiles laminados o armados de acero, ahogados en hormigón o con hormigón colocado dentro de tubos o

11

tubulares de acero. Los miembros resultantes son capaces de soportar cargas considerablemente mayores que las columnas de hormigón reforzado de las mismas dimensiones

FIGURA 2.1 COLUMNAS COMPUESTAS

FUENTE:

McCormac Jack C. – Csernak Stephen F., Diseño de Estructuras de Acero, 2012

Para miembros compuestos rellenos, el área transversal de la sección de acero deberá contener por lo menos un 1% del área total de sección compuesta.

Las secciones compuestas rellenas son clasificadas como compactas, no compactas y esbeltas. Para que una sección califique como compacta, la máxima razón ancho-espesor de sus elementos de acero sujetos a compresión no debe exceder la razón ancho-espesor límite, λp. Si la máxima razón ancho-espesor de uno o más de sus elementos de acero sujetos a compresión excede λp, pero no λr, la sección compuesta rellena no es compacta. Si la máxima razón ancho-espesor de cualquier elemento de acero sujeto a compresión excede λr, la sección es esbelta.

CUADRO 2.3 RAZONES ANCHO-ESPESOR LIMITES PARA ELEMENTOS DE

ACERO COMPRIMIDOS EN MIEMBROS COMPUESTOS SUJETOS A FLEXION

FUENTE:

Especificación ANSI/AISC 360-10 para Construcciones de Acero

12

La resistencia de compresión disponible de miembros compuestos rellenos con doble simetría cargados axialmente deberá ser determinada para el estado límite de pandeo por flexión basado en Sección I2.1b del ASIC con las siguientes modificaciones:

Para secciones compactas:

P&. = P'!!!! (2.12)

P' = F*A/ + C6f78 :A8 + A/; <><?@ (2.13)

C2 = 0,85 para secciones rectangulares y 0,95 para secciones circulares.

a) Cuando BDHBI J 2,25

P& = P. K0,L5N:ODHOI @Q (2.14)

b) Cuando BDHBI S 2,25

P& = 0,NTTPU (2.15)

Donde:

P&. = F*A/ + F*/;A/; + 0,N5f78A8 (2.16)

PU = V6(EWUXX)(Y[)6 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(2.17)

La rigidez efectiva de una sección compuesta rellena, EIeff, para todas las secciones debe ser de:

EWUXX = E/W/ + E/W/; + C\E8W8 (2.18)

13

C\ = 0,L + 2 ] A/A8 + A/^ J 0,9!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(2.19)

Donde:

Pe: Carga crítica de pandeo elástico. Ac: Área de hormigón. As: Área de la sección de acero. Ec: Módulo de elasticidad del hormigón. Es: Módulo de elasticidad del acero. Fy: Tensión de fluencia mínima especificada de la sección de acero.

Fysr: Tensión de fluencia mínima especificada de las barras de refuerzo. Ic: Momento de inercia de la sección de hormigón sobre el eje neutro elástico

de la sección compuesta. Is: Momento de inercia del perfil de acero sobre el eje neutro elástico de la

sección compuesta. Isr: Momento de inercia de las barras de refuerzo sobre el eje neutro elástico

de la sección compuesta. K: Factor de longitud efectiva. L: Longitud no arriostrada lateralmente del miembro. f’c: Resistencia a compresión especificada del hormigón. C3: Coeficiente para el cálculo de la rigidez efectiva de miembros compuestos

rellenos en compresión.

14

CAPÍTULO 3

CARACTERÍSTICAS DE LOS PROGRAMAS USADOS

3.1 ETABS 20153

El innovador y revolucionario ETABS es un paquete de software para el análisis y diseño estructural de edificios, ofrece un modelado basado en objetos 3D y herramientas de visualización, posee un poder de análisis lineal y no lineal extraordinariamente rápido, capacidad de diseño para una amplia gama de

materiales, informes, y dibujos esquemáticos que permiten a los usuarios comprender los resultados de análisis y diseño de forma rápida y fácil.

La creación de modelos es extremadamente fácil, integra comandos de dibujo intuitivos que permiten la rápida generación plantas. Dibujos formato CAD se pueden importar y convertir rápidamente en modelos de ETABS.

Posee la capacidad de diseñar estructuras de acero y hormigón donde se incluye vigas y columnas compuestas, vigas y columnas de acero y hormigón, muros de corte de hormigón y mampostería, así como la comprobación de la capacidad de las conexiones de acero y placas de base. Los resultados se pueden mostrar directamente en la estructura.

Además de lo antes mencionado presenta las siguientes funciones:

· Cálculo automático de coordenadas de centros de masas (Xm, Ym).

· Cálculo automático de coordenadas de centros de rigideces (Xt, Yt).

· Cálculo automático de fuerzas sísmicas, sus excentricidades y aplicación en el centro de masas.

· Cálculo automático de masas del edificio a partir de los casos de carga elegidos.

3 FUENTE: Computers & Structures, Inc. (http://www.csiespana.com)

15

· Plantillas predefinidas de sistemas de losas planas, losas en una dirección, losas reticulares o con nervaduras y casetones, etc.

· Dibujo de planos de construcción en formato CAD, para estructuras de concreto y acero.

· Capacidad de análisis lineal y no lineal.

· Base de datos de secciones metálicas estándar para perfiles laminados, perfiles conformados en frío y perfiles de aluminio.

· Herramienta “Section Designer” para definición de secciones genéricas.

· Aplicación de cargas en forma puntual, lineal, trapezoidal y de superficie.

· Aplicación automática de cargas de viento y sismo para varias normativas.

· Aplicación de asentamiento de apoyo.

· Gravedad, presión y carga térmica.

· Geometría deformada y no deformada en 3D.

3.2 STAAD.PRO V8i4

STAAD.Pro es un programa general con capacidad de analizar estructuras de gran complejidad en acero, hormigón, madera, aluminio y acero conformado en frío, además de realizar el diseño de las mismas en cualquier parte del mundo a través de más de 80 códigos internacionales. Tiene aplicaciones principalmente

en el sector de la construcción con edificios comerciales, puentes, estructuras industriales, estructuras para plantas químicas, presas, muros de contención, cimentaciones, alcantarillas, etc.

4 FUENTE: Zertuche Herrera Alfredo, Manual STAAD.Pro V8i, 2014

16

Diseña y analiza estructuras simples o complejas para una amplia gama de condiciones de carga, incluyendo los inducidos por la gravedad, tales como las cargas vivas y muertas, en combinación con cargas laterales incluyendo el viento y sismo.

Además, incorpora las funciones siguientes:

· Análisis estático, dinámico de estructuras de concreto, acero, aluminio, madera en puentes, edificios, torres, estadios, etc.

· Motores de análisis para llevar a cabo análisis elástico lineal y de PDelta.

· Análisis de elementos finitos, extracción de frecuencias y respuesta dinámica.

· Motores de diseño para la comprobación de código y optimización de los miembros de acero, aluminio y madera.

· Cálculo de refuerzo para vigas de hormigón, columnas, losas y muros de cortante.

· Herramientas para la generación del modelo gráfico, así como editor de texto basado en comandos para crear el modelo matemático.

· Herramientas de generación de resultado de la verificación e informe para examinar diafragmas de desplazamiento, momento de flexión y los diagramas de fuerza cortante, viga, placa y esfuerzos de contornos sólidos.

· Herramientas periféricas para actividades como la importación y exportación de datos desde y hacia otros formatos ampliamente aceptados, enlaces con otros programas populares para las áreas de nicho como el diseño de losas

con hormigón armado y pretensado, diseño de cimentaciones, diseño de conexiones de acero, etc.

· Una biblioteca de funciones expuestas llamada OpenSTAAD que le permite al usuario acceder a funciones internas y rutinas del STAAD.Pro, así como sus comandos gráficos para acceder a la base de datos de STAAD y vincular

17

datos de entrada y salida a software de terceros escrito utilizando lenguajes como C, C++, VB, Java, etc. Por lo tanto, puede utilizarse OpenSTAAD para enlazar aplicaciones internas o de terceros con STAAD.Pro.

3.3 ROBOT STRUCTURAL5

El software Robot Structural Analysis Professional proporciona a los ingenieros de estructuras funciones avanzadas de análisis y simulación de construcción para estructuras grandes y complejas. El software ofrece un flujo de trabajo dinámico, lo que permite a los ingenieros realizar simulaciones y análisis de una gran variedad de estructuras.

Posee más de 60 bases de datos de materiales y secciones procedentes de todo el mundo, además de contar con una matriz de 70 códigos de diseño, los ingenieros de estructuras pueden trabajar con formas de sección específicas de cada país, unidades imperiales o métricas, así como con códigos de construcción específicos del país con el mismo modelo.

Aplica diferentes tipos de cargas por ejemplo, nodales, lineales o planas, a una estructura para los casos de carga definidos. Están disponibles definiciones manuales y automáticas de combinaciones de carga de acuerdo a muchas normas internacionales.

Ofrece también las siguientes facilidades:

· Análisis P-Delta.

· Elementos tipo catenarias con introducción de pretensado y postensado.

· Análisis plástico, posibilidad de modelar estados de plasticidad parcial y

completa en las estructuras tipo pórtico 2D y 3D.

· Posibilidad de definir en la estructura rótulas plásticas con características dadas.

5FUENTE:

http://www.2acad.net/index.php?option=com_content&view=article&id=649:robot-structural-analysis-en-detalle&catid=37:aec&Itemid=499

18

· Análisis sísmico contemplado por normas como UBC, EC8, NCSR, etc.

· Modelación de elementos finitos para losas, muros, tanques, formas de sólidos entre otros.

· Modelos de elementos finitos para placas, láminas, estructuras en tensión o en deformación plana, estructuras axisimétricas.

· Comando de extrusión, que posibilita crear formas 3D complejas basadas en una geometría 2D.

· Análisis de estructuras marinas.

· Análisis de estructuras tipo puente.

· Calculadora de cargas de viento para diversas normas internacionales.

· Diseño de elementos estructurales de madera y aluminio.

· Robot es multilingüe, pudiendo presentar nuestros proyectos hasta en 14 idiomas.

19

CAPÍTULO 4

PRESENTACIÓN DE LOS PROYECTOS Y PREDIMENSIONAMIENTO

4.1 EDIFICIO LOAIZA

4.1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

4.1.1.1 Características Arquitectónicas

El proyecto Loaiza es un edificio de departamentos, formado por tres niveles con altura de entrepisos de 3.05 m y un subsuelo para parqueaderos de 3.50 m de altura, distribuidos como se detalla a continuación:

CUADRO 4.1 USO Y DITRIBUCIÓN DE ESPACIOS DEL EDIFICIO LOAIZA

PISO / NIVEL USO ÁREA

Terraza Sala Comunal 533,65 m2

Nivel + 9.15

Segunda Planta Departamentos 7, 8, 9

516,88 m2 Nivel + 6.10

Primera Planta Departamentos 4, 5, 6

519,77 m2 Nivel + 3.05

Planta Baja Departamentos 1, 2, 3

777,87 m2 Nivel + 0.00

Subsuelo Parqueaderos 832,02 m2

Nivel - 3.50

Área Total de Construcción 3180,19 m2

FUENTE: Planos arquitectónicos del edificio Loaiza

ELABORACIÓN: María José Echeverría, Byron Suntaxi

La planta tipo tiene forma de un polígono irregular como muestra la figura 4.1, en cada una se distribuyen tres departamentos y en la zona central se encuentran los ductos para instalaciones, ascensor y escaleras.

20

FIGURA 4.1 PLANTA ARQUITECTÓNICA DEL EDIFICIO LOAIZA



21

FIGURA 4.2 CORTE LONGITUDINAL DEL EDIFICIO LOAIZA



4.1.1.2 Características Estructurales

La estructura está formada por pórticos, unión de vigas y columnas de acero, las cuales serán perfiles armados con diferentes secciones, según los requerimientos. Las uniones estructurales son de tipo soldadas. Las losas de entrepiso y techo, son unidireccionales, a base de láminas metálicas Kubilosa, apoyadas sobre viguetas, con una separación máxima de 1.80 m. Existen muros de corte alrededor del ducto para las gradas.

22

FIGURA 4.3 ESTRUCTURACIÓN LOSA DE ENTREPISO - EDIFICIO LOAIZA



4.1.1.3 Determinación de cargas verticales

Las cargas de diseño se determinan considerando principalmente el uso y ocupación para el cual está destinado el edificio, su geometría, materiales, peso

propio de elementos estructurales, etc., de acuerdo con estas características se usan los valores mínimos que propone la NEC-SE-CG en su sección 4, para los elementos no encontrados se usan las recomendaciones proporcionadas por el director del proyecto Ing. Jorge Vintimilla. Las cargas se presentan como fuerza por unidad de área.

23

CUADRO 4.2 HIPÓTESIS DE CARGA DEL EDIFICIO LOAIZA

Carga Muerta WD

Descripción Valor Unidad

Peso Total de la losa 173,17 Kg/m2

Peso del panel Kubilosa calibre 65 6,37 Kg/m2

Peso de hormigón (5cm sobre la cresta) 166,80 Kg/m2

Peso de paredes 200,00 Kg/m2

Peso de recubrimientos, acabados y otros. 150,00 Kg/m2

Peso propio de la estructura (vigas, viguetas, columnas y muros)

Calculado automáticamente por el programa Etabs

Kg/m2

Carga Viva WL

Carga Viva (Residencia) 200,00 Kg/m2

Carga Viva (Losa inaccesible) 150,00 Kg/m2

FUENTES: Ficha técnica Kubilosa (s. f.)

Vintimilla J, Apuntes Estructuras de Acero II, 2014.

Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-SE-CG (Cargas no sísmicas)


4.1.1.4 Consideraciones y Parámetros para el Diseño Sísmico

Ecuador se encuentra en una de las regiones de más alta peligrosidad sísmica, por lo cual la NEC 2015, propone un capítulo, para el análisis del peligro sísmico y diseño sismo resistente, como se indicó en la sección 2.2.1.1 del presente proyecto.

A continuación se indican los resultados de los parámetros de diseño sísmico calculados para el Edificio Loaiza, en concordancia con la NEC-SE-DS.

24

CUADRO 4.3 PARÁMETROS DE DISEÑO SÍSMICO DEL EDIFICIO LOAIZA

DESCRIPCIÓN SIMBOLOGÍA

UNIDAD VALOR OBSERVACIONES

Altura máxima hn [ m ] 9,15 Desde el nivel + 0.00 hasta la última losa de entrepiso

Clasificación de Perfil de Suelo - Tipo D Suelo rígido

Coeficiente de Región η 2,48 Provincias de la Sierra, Esmeraldas y Galápagos

Factor de Zona Sísmica Z 0,40 Amenaza sísmica alta

Coeficientes de Amplificación Dinámica

Fa 1,20 Coeficientes para perfil de suelo tipo D y zona sísmica V (Z=0.4)

Fd 1,19

Fs 1,28

Período límite de vibración en el espectro sísmico elástico

Tc [ s ] 0,70

Tipo de Arriostramiento Ct 0,073 Estructura de acero con

arriostramientos α 0,75

Período Fundamental de Vibración T [ s ] 0,38

Exponente de la Ecuación de Sa r 1,00

Para tipo de suelo A, B, C o D

Aceleración Espectral Sa (g) 1,19

para 0 ≤ T ≤ Tc

Factor de Importancia I 1,00 Otras estructuras

Coeficiente de Configuración Estructural en Planta

φp 0,90 Irregularidad en planta Tipo 2

Coeficiente de Configuración Estructural en Elevación

φe 1,00 No cumple con ningún tipo de irregularidad

Factor de Reducción de Respuesta Estructural

R 7,00 Sistema estructural de acero tipo SPSW

Carga Reactiva W [ T ] 1423,21 Carga muerta D

Coeficiente de corrección k 1,000 Si 0.5 < T< 2,5 ; k+0,75+0,5T, si no; k=1

Corte Basal

V (%) 0,189

V [ T ] 268,92

FUENTE: NEC-SE–DS


Tc=0,55 Fs Fd

Fa

T=Ct hnα

Sa= η Z Fa

V= I Sa (T

a)

R ϕP ϕ

E

V= I Sa (T

a)

R ϕP ϕ

E

W

25

4.1.2 PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

4.1.2.1 Predimensionamiento de losas

La losa tipo Deck se diseña para carga vertical de acuerdo a las dimensiones propias de la estructura, como indica la figura 4.3. Las cargas vivas y muertas utilizadas se definen en la hipótesis de carga indicada en el Cuadro 4.2.

CUADRO 4.4 CARGA SOBREIMPUESTA PARA DECK DEL EDIFICIO LOAIZA

CARGA SOBREIMPUESTA


Carga Viva (Residencia) 200,00 Kg/m2



Carga Sobreimpuesta Total 550,00 Kg/m2


Definiendo la carga sobreimpuesta y considerando que la separación máxima entre apoyos serán de 1.80 m, según conviene por las luces que tiene nuestro edificio, suponemos una losa de 10 cm (5 cm de hormigón sobre la cresta), con placa colaborante de 0.65 mm de espesor.

CUADRO 4.5 PROPIEDADES DE LA PLACA COLABORANTE KUBILOSA

PROPIEDADES DEL PANEL

Espesor mm

Peso kg/m2

Is (+) cm4/m

Is (-) cm4/m

Ss (+) cm3/m

Ss (-) cm3/m

0,65 6,37 29,3 28,86 9,61 14,54



Además, en base a los parámetros establecidos por el fabricante, presentados en el siguiente cuadro, se verifica que le sección tomada es suficiente para los requerimientos. La carga viva sobreimpuesta que puede resistir la sección es de 1478 kg/m2, mayor que la carga solicitada de 550 kg/m2.

26

CUADRO 4.6 TABLA DE AYUDA PARA DISEÑO DE KUBILOSA

ESPESOR DE LOSA

Cm

VOLUMEN DE

HORMIGÓN m3/m2

ESPESOR DE LA PLACA

mm

MÁXIMA LUZ SIN APUNTALAR

CARGA SOBREIMPUESTA kg/m2

Condición de apoyo Separación entre apoyos

1 Luz 2 luces 3 luces 1.6 1.8 2 2

5,00 0,07 0,65 1,58 2,10 1,94 1940 1487 1164 924



4.1.2.2 Predimensionamiento de viguetas

Para el ejemplo se realiza el prediseño de la vigueta con mayor longitud y área tributaria, ubicada como se indica a continuación:

FIGURA 4.4 DISPOSICIÓN DE VIGUETA DEL EDIFICIO LOAIZA


Para el prediseño se considera una vigueta empotrada en sus extremos, a lo largo de la cual actuará uniformemente una carga mayorada (Qu), se calcula el momento máximo en el extremo de la vigueta (Mu), este valor debe ser menor a

la resistencia de diseño en flexión, _bMn, la cual se obtiene a partir de las

fórmulas que propone la Especificación ANSI/AISC 360-10, en su Capítulo E referido al Diseño de Miembros en Flexión.

27


VIGUETA DEL EDIFICIO LOAIZA


UNIDAD VALOR

Longitud de Vigueta L [ m ] 5,45

Ancho Colaborante ac [ m ] 1,7

Área tributaria At [ m2 ] 9,27

Carga Muerta WD [ kg/m2 ] 523,17

Carga Viva WL [ kg/m2 ] 200,00

Carga Mayorada WU [ T/m2 ] 0,9478

Carga Uniformemente Distribuida

QU [ T/m ] 1,61

Solicitación de Momento MU [ T-m ] 3,99

Módulo Plástico para flexión ZX [ cm3 ] 125,90


FIGURA 4.5 CARGA SOBRE LA VIGUETA DEL EDIFICIO LOAIZA


El momento en el extremo de la viga viene dado por:

!M` = !au![6

12 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(4.1)!

Mu=! 1bL1!d!5b452

12 !

Mu!=!3,99![T-m]

Con ayuda de una hoja programada en Excel, se comprueba que el alma y los patines de la sección propuesta sean compactos, con el objetivo de evitar el pandeo local en la sección. Además, se revisa que el momento solicitado sea menor al momento de diseño.

28

CUADRO 4.8 PREDISEÑO DE LA VIGUETA DEL EDIFICIO LOAIZA

VIGUETA TIPO "I"

Altura recomendada (L/20) h [ cm ] 27,25

Base recomendada (h/4) b [ cm ] 6,81

Dimensiones

hw [ mm ] 250

tw [ mm ] 5

bf [ mm ] 60

tf [ mm ] 5

Material

E [ kg/cm2 ] 2043000

Fy [ ksi ] 50

Fy [ kg/cm2 ] 3520

Propiedades

A [ cm2 ] 18,50

Peso [ kg/m ] 14,52

Ycg [ cm ] 13,00

Análisis de Esbeltez (AISC 360-10/Tabla B4.1b)

Límites Patín Alma

λ (b/t ó h/t) 6,00 50,00

λp 9,16 90,59

λr 22,22 137,33

Caso COMPACTO COMPACTO

Comprobación de Módulo de sección plástico entorno al eje X

Zxx necesario [ cm3 ] Zxx Disponible [ cm3 ]

125,90 154,63

Comprobación de Resistencia a Flexión

Solicitación de momento [ T-m ] Momento nominal [ T-m ]

3,99 5,44

Factor de reducción de momento (Φ) Momento de diseño [ T-m ]

0,90 4,90

SECCIÓN CUMPLE


Se cumple que el momento solicitado (Mu) es menor al momento de diseño

(_bMn).

3,99 [T-m] < 4,90 [T-m]

29

4.1.2.3 Predimensionamiento de vigas principales

En el predimensionamiento de la viga principal se toma en consideración únicamente las cargas verticales que le transmiten las viguetas; estás son cargas puntuales, las mismas que son consecuencia de una carga mayorada (WU en T/m2), multiplicada por el área colaborante que cada vigueta toma.

Se obtiene una solicitación de momento, la misma debe ser menor al momento de diseño, para esto se considera que la viga principal se encuentra empotrada en sus extremos. La disposición de viguetas y vigas principales se muestra a continuación:

FIGURA 4.6 DISPOSICIÓN DE VIGA PRINCIPAL DEL EDIFICIO LOAIZA


CUADRO 4.9 PARÁMETROS PARA EL PREDIMENSIONAMIENTO DE LA VIGA

DEL EDIFICIO LOAIZA


UNIDAD VALOR

Longitud de Viga L [ m ] 6,1




Carga Puntual 1 P1 [ T ] 7,89






30

FIGURA 4.7 CARGA SOBRE LA VIGA PRINCIPAL DEL EDIFICIO LOAIZA


El momento en el extremo de la viga principal viene dado por:

M` =! P̀ 6![N +! P̀ e!g!([ h g)

[ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(4.2)

M` =!Tb4N! " !Lb10N +!TbN9! " !1bL0! " (Lb10 h 1bL0)Lb10

M!=!15,02![T-m]!

Al igual que en el prediseño de viguetas, se comprueba que el alma y los patines de la viga sean compactos, para evitar el posible pandeo local en la sección, además se revisa que el momento solicitado sea menor que el momento de diseño.

CUADRO 4.10 PREDISEÑO DE LA VIGA DEL EDIFICIO LOAIZA

VIGA TIPO "I"



Dimensiones

hw [ mm ] 350

tw [ mm ] 5

bf [ mm ] 150

tf [ mm ] 10

Material

E [ kg/cm2 ] 2043000

Fy [ ksi ] 50

Fy [ kg/cm2 ] 3520

Propiedades

A [ cm2 ] 47,50

Peso [ kg/m ] 37,29

Ycg [ cm ] 18,50

31

CUADRO 4.10 CONTINUACIÓN

Análisis de Esbeltez (AISC 360-10/Tabla B4.1b) Límites Patín Alma

λ (b/t ó h/t) 7,50 70,00 λp 9,16 90,59

Caso COMPACTO COMPACTO Comprobación de Módulo de sección plástico entorno al eje X

Zxx necesario [ cm3 ] Zxx Disponible [ cm3 ] 474,16 693,13 Comprobación de Resistencia a Flexión


15,02 24,40 Factor de reducción de momento (Φ) Momento de diseño [ T-m ]

0,90 21,96 SECCIÓN CUMPLE



(_bMn).

15,02 [T-m] < 21,96 [T-m]

4.1.2.4 Predimensionamiento de columnas

Para el predimensionamiento se toma en consideración únicamente las cargas verticales que son transmitidas a la columna, esto es producto de una carga mayorada (WU en T/m2), multiplicada por el área colaborante. Se obtiene una solicitación de carga la misma que debe ser menor a la resistencia de diseño por compresión.


COLUMNA DEL EDIFICIO LOAIZA


UNIDAD VALOR


Carga Muerta WD [ kg/m2 ] 523,17 Carga Viva WL [ kg/m2 ] 200,00 Carga Mayorada WU [ T/m2 ] 0,9478 Número de Pisos Npisos 4 Solicitación de Carga Pu [ T-m ] 115,67


La carga axial que llega a la columna está dada por:

32

Pu!=!Wu!*!At!*!Npisos!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(4.3)

!!!!!Pu!=!0,947!*!30,51!*!4!

Pu!=!115,67![T]!

CUADRO 4.12 PREDISEÑO DE LA COLUMNA DEL EDIFICIO LOAIZA

COLUMNA RECTANGULAR RELLENA DE HORMIGÓN

Dimensiones

h [ mm ] 250

b [ mm ] 200

t [ mm ] 5

L [ mm ] 350

Material

Es [ kg/cm2 ] 2043000

Ec [ kg/cm2 ] 209141

Fy [ ksi ] 50

Fy [ kg/cm2 ] 3520

f'c [ kg/cm2 ] 240

Propiedades

As [ cm2 ] 44,00

Ac [ cm2 ] 456,00

C2 0,85 C3 0,78

Icxx [ cm4 ] 21888 Icyy [ cm4 ] 13718

Isxx [ cm4 ] 4154 Isyy [ cm4 ] 2949

EIeffx [ kg-cm2 ] 1,20E+10 EIeffy [ kg-cm2 ] 8,25E+09

Análisis de Esbeltez (AISC 360-10/Tabla I1.1b)

Patín Alma

b/t 38 D/t 48

λp 54 λp 54

λr 72 λr 72

Max.Perm. 120 Max.Perm. 120

Caso COMPACTO Caso COMPACTO

Para secciones compactas

Pp [ T ] 247,89 Pno [ T ] 247,89

33


Comprobación de Resistencia por Compresión

Solicitación de carga [ T-m ] Resistencia de compresión nominal [ T-m ]

115,67 212,07

Factor de reducción por compresión (Φ c)

Resistencia de diseño de compresión [ T-m ]

0,75 159,05

SECCIÓN CUMPLE


Se cumple que la solicitación de carga (Pu) es menor a la resistencia de diseño

por compresión (_cPn).

115,67 [T] < 159,05 [T]

4.2 EDIFICIO UNACH



Edificio destinado para el funcionamiento de la Facultad de Ciencias de la Educación Humanas y Tecnológicas, de la Universidad Nacional de Chimborazo (UNACH). Cuenta con un subsuelo y ocho pisos, con una altura de entrepisos de 3.74m, distribuidos de la siguiente manera:

CUADRO 4.13 USO Y DISTRIBUCIÓN DE ESPACIOS DEL EDIFICIO UNACH


Séptima Planta Última Losa de Entrepiso

793,73 m2 Nivel + 26.83 Sexta Planta

Aulas 793,73 m2 Nivel + 23.09 Quinta Planta

Aulas 800,42 m2 Nivel + 19.35 Cuarta Planta

Aulas 800,42 m2 Nivel +15.61

34


Tercera Planta Aulas 800,42 m2

Nivel + 11.87 Segunda Planta Cubículos de

profesores 800,42 m2

Nivel + 8.13

Primera Planta Biblioteca y cubículos de profesores

793,73 m2 Nivel + 4.39

Planta Baja Cafetería y cubículos de profesores

793,73 m2 Nivel + 0.65

Subsuelo Bodegas para libros

688,49 m2 Nivel – 3.09


FUENTE: Planos arquitectónicos del edificio UNACH


La planta tipo tiene la forma de un polígono irregular de simetría simple, como muestra la figura 4.8. En cada planta existen ductos para instalaciones, para ascensores y escaleras.

FIGURA 4.8 PLANTA ARQUITECTÓNICA DEL EDIFICIO UNACH



35

FIGURA 4.9 CORTE LONGITUDINAL DEL EDIFICIO UNACH




La estructura está formada por pórticos de perfiles metálicos armados con diferentes secciones, según los requerimientos. Las uniones estructurales son de tipo soldadas. Las losas de entrepiso y techo, son unidireccionales, a base de

láminas metálicas (Kubilosa), apoyadas sobre viguetas, cuya separación es de 1.60 m. Existen muros de corte para rigidizar la estructura en los sentidos que se necesiten.

36

FIGURA 4.10 ESTRUCTURACIÓN LOSA DE ENTREPISO DEL EDIFICIO

UNACH




Las cargas de diseño para el proyecto UNACH, determinadas con la ayuda de los valores tabulados en la NEC-SE-CG, tomando en cuenta la ocupación, sus características arquitectónicas y estructurales, se muestran a continuación:

CUADRO 4.14 HIPÓTESIS DE CARGA DEL EDIFICIO UNACH

Carga Muerta WD




Peso de hormigón (5cm sobre la cresta) 166,80 m3/m2



Peso propio de la estructura (vigas, viguetas y columnas)


Kg/m2

37


Carga Viva WL

Carga Viva (Aulas) 300,00 Kg/m2

Carga Viva (Oficinas) 250,00 Kg/m2







A continuación se muestran los resultados de los parámetros de diseño sísmico, para el Edificio UNACH, obtenidos como propone la NEC 2015 en su capítulo para el análisis de “Peligro Sísmico y Diseño Sismo Resistente”.

CUADRO 4.15 PARÁMETROS DE DISEÑO SÍSMICO DEL EDIFICIO UNACH



Altura máxima hn [ m ] 26,83 Desde el nivel + 0.00 hasta la última losa de entrepiso






Fd 1,19

Fs 1,28


Tc [ s ] 0,70 Tc=0,55 Fs Fd

Fa



Período Fundamental de Vibración T [ s ] 0,86

Exponente de la Ecuación de Sa r 1,00 Para tipo de suelo A, B, C o D

Aceleración Espectral Sa (g) 0,97

para 0 ≤ T ≤ Tc


T=Ct hnα

Sa= η Z Fa

38



φp 1,00 No cumple con ningún tipo de irregularidad






Coeficiente de corrección k 1,18 Si 0.5 < T< 2,5 ; k+0,75+0,5T, si no; k=1

Corte Basal

V (%) 0,138

V [ T ] 517,45

FUENTE: NEC-SE–DS




La losa tipo Deck se diseña para carga vertical más crítica, de acuerdo los valores indicados en el siguiente cuadro:

CUADRO 4.16 CARGA SOBREIMPUESTA PARA DECK DEL EDIFICIO UNACH

CARGA SOBREIMPUESTA


Carga Viva (Aulas) 300,00 Kg/m2





Conociendo el valor de carga sobreimpuesta a la que estará sometida la losa y las separaciones entre apoyos de 1.50 m y 1.70, se propone una losa de 10 cm (5 cm de hormigón sobre la cresta), con placa colaborante de 0.65 mm de espesor.

V= I Sa (T

a)

R ϕP ϕ

E

V= I Sa (T

a)

R ϕP ϕ

E

W

39

De acuerdo con la tabla de ayuda para el diseño propuesta por el fabricante es suficiente para resistir la solicitación de 550 kg/m2, como se ve en el cuadro 4.6, la losa resiste hasta 1940 Kg/m2, para separaciones entre apoyos de 1.60 m.


Se toma para el ejemplo la vigueta representada a continuación:

FIGURA 4.11 DISPOSICIÓN DE VIGUETA DEL EDIFICIO UNACH


Debido a la falta de continuidad en los extremos de la vigueta seleccionada, se considera simplemente apoyada. El prediseño sigue el mismo procedimiento indicado en la sección 4.1.2.2.


VIGUETA DEL EDIFICIO UNACH


UNIDAD VALOR






Carga Mayorada WU [ T/m2 ] 1,1078 Carga Uniformemente Distribuida

QU [ T/m ] 1,77




40

FIGURA 4.12 CARGA SOBRE LA VIGUETA DEL EDIFICIO UNACH


El momento en el centro de la viga viene dado por:

M` =!a`[6

N !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(4.4)!

M` =!1bTT! " !5b006

N !

Mu!=!5,54![T-m]

CUADRO 4.18 PREDISEÑO DE LA VIGUETA DEL EDIFICIO UNACH

VIGUETA TIPO "I"



Dimensiones

hw [ mm ] 300

tw [ mm ] 5

bf [ mm ] 70

tf [ mm ] 5

Material

E [ kg/cm2 ] 2043000

Fy [ ksi ] 50

Fy [ kg/cm2 ] 3520

Propiedades

A [ cm2 ] 22,00

Peso [ kg/m ] 17,27

Ycg [ cm ] 15,50



λ (b/t ó h/t) 7,00 60,00

λp 9,16 90,59

λr 21,23 137,33


41




174,86 219,25



5,54 7,72


0,90 6,95

SECCIÓN CUMPLE



(_bMn).

5,54 [T-m] < 6,95 [T-m]


El proceso y consideraciones de predimensionamiento se explicaron en la sección 4.1.2.3.

La disposición de viguetas y vigas principales se muestra a continuación:

FIGURA 4.13 DISPOSICIÓN DE VIGA PRINCIPAL DEL EDIFICIO UNACH


42


VIGA DEL EDIFICIO UNACH


UNIDAD VALOR











FIGURA 4.14 CARGA SOBRE LA VIGA PRINCIPAL DEL EDIFICIO UNACH


El momento en el extremo de la viga principal se calcula según la ecuación 4.2.

M` =!9bL5! " !Lb35N +!9bL5! " !1b59! " (Lb35 h 1b59)Lb35 !

M!=!19,16![T-m]!

!

!

!

!

!

43

CUADRO 4.20 PREDISEÑO DE LA VIGA DEL EDIFICIO UNACH

VIGA TIPO "I"



Dimensiones

hw [ mm ] 350

tw [ mm ] 5

bf [ mm ] 150

tf [ mm ] 12

Material

E [ kg/cm2 ] 2043000

Fy [ ksi ] 50

Fy [ kg/cm2 ] 3520

Propiedades

A [ cm2 ] 53,50

Peso [ kg/m ] 42,00

Ycg [ cm ] 18,70



λ (b/t ó h/t) 6,25 70,00

λp 9,16 90,59




604,85 804,73



19,16 28,32


0,90 25,49

SECCIÓN CUMPLE



(_bMn).

19,16 [T-m] < 25,49 [T-m]

44


El proceso de predimensionamiento es el mismo explicado en la sección 4.1.2.4.


COLUMNA DEL EDIFICIO UNACH


UNIDAD VALOR





Número de Pisos Npisos 7,00

Solicitación de Carga Pu [ T-m ] 230,33


La solicitación por carga axial de la columna se calculó con la ecuación 4.3.

Pu!=!1,108!*!29,70!*!7!

Pu!=!230,33![T]!

CUADRO 4.22 PREDISEÑO DE LA COLUMNA DEL EDIFICIO UNACH


Dimensiones

h [ mm ] 300

b [ mm ] 300

t [ mm ] 6

L [ mm ] 374

Material

Es [ kg/cm2 ] 2043000

Ec [ kg/cm2 ] 209141

Fy [ ksi ] 50

Fy [ kg/cm2 ] 3520

f'c [ kg/cm2 ] 240

Propiedades

As [ cm2 ] 70,56

Ac [ cm2 ] 829,44

45


C2 0,85 C3 0,76

Icxx [ cm4 ] 57331 Icyy [ cm4 ] 57331

Isxx [ cm4 ] 10169 Isyy [ cm4 ] 10169



Patín Alma

b/t 48 D/t 48

λp 54 λp 54

λr 72 λr 72




Pp (ton) 417,55 Pno (ton) 417,55



230,33 384,30



0,75 288,23

SECCIÓN CUMPLE




230,33 [T] < 288,23 [T]

4.3 EDIFICIO PLUS I



El proyecto Plus I es un edificio de oficinas que cuenta con diez plantas con altura de entrepiso de 3.10 m y cinco subsuelos para parqueaderos de 2.90 m de altura, distribuidos como se indica a continuación:

46

CUADRO 4.23 USO Y DISTRIBUCIÓN DE ESPACIOS DEL EDIFICIO PLUS I


Décima Planta Terraza Comunal

315,48 m2 Nivel + 31.00

Novena Planta Oficinas y sala comunal

315,48 m2 Nivel + 27.90

Octava Planta Oficinas 319,95 m2

Nivel + 24.80

Séptima Planta Oficinas 319,95 m2

Nivel + 21.70

Sexta Planta Oficinas 319,95 m2

Nivel +18.60

Quinta Planta Oficinas 319,95 m2

Nivel + 15.50

Cuarta Planta Oficinas 319,95 m2

Nivel + 12.40

Tercera Planta Oficinas 319,95 m2

Nivel + 9.30

Segunda Planta Oficinas 319,95 m2

Nivel + 6.20

Primera Planta Oficinas 266,70 m2

Nivel + 3.10

Planta Baja Local comercial y oficinas

326,20 m2 Nivel + 0.00

Subsuelo 1 Parqueaderos 512,00 m2 Nivel - 2.90

- 3.75 Subsuelo 2

Parqueaderos 512,00 m2 Nivel - 5.80 - 6.65


- 9.55 Subsuelo 4

Parqueaderos 512,00 m2 Nivel - 11.60 - 12.45


- 15.35


FUENTE: Planos arquitectónicos del edificio PLUS I


47

La planta tipo tiene forma rectangular como se muestra en la figura 4.15, cuenta con cinco o seis oficinas por piso con sus respectivos servicios sanitarios. En la zona central se encuentran los ductos para ascensores, instalaciones y escaleras.

FIGURA 4.15 PLANTA ARQUITECTÓNICA DEL EDIFICIO PLUS I



48

FIGURA 4.16 CORTE LONGITUDINAL DEL EDIFICIO PLUS I



49


La estructura es aporticada, con elementos estructurales de acero de diferentes secciones, según los requerimientos. Las uniones estructurales son de tipo soldadas. Para las losas de entrepiso y techo, se usará Deck, un sistema de losa unidireccional formado por láminas de acero galvanizado acanaladas de forma trapezoidal, apoyadas sobre viguetas. Existen muros de corte necesarios para rigidizar la estructura, distribuidos como se muestra en la figura 4.17.

FIGURA 4.17 ESTRUCTURACIÓN LOSA DE ENTREPISO DEL EDIFICIO PLUS I



50


Las cargas de diseño se determinan de manera similar a lo expuesto en la sección 4.1.1.3.

CUADRO 4.24 HIPÓTESIS DE CARGA DEL EDIFICIO PLUS I

Carga Muerta WD




Peso de hormigón (5cm sobre la cresta) 166,80 m3/m2


Peso de recubrimientos, acabados y otros. 150,00 Kg/m2 Peso propio de la estructura (vigas, viguetas y columnas)


Kg/m2

Carga Viva WL








A continuación se muestran los resultados de los parámetros de diseño sísmico, para el Edificio Plus I, obtenidos como lo propone la NEC-SE–DS.

CUADRO 4.25 PARÁMETROS DE DISEÑO SÍSMICO DEL EDIFICIO PLUS I



Altura máxima hn (m) 31,00 Desde el nivel + 0.00 hasta la última losa de entrepiso




51




Fd 1,19

Fs 1,28


Tc (s) 0,70 Tc=0,55 Fs Fd

Fa



Período Fundamental de Vibración T (s) 0,96 T=Ct hnα!

Exponente de la Ecuación de Sa r 1,00

Para tipo de suelo A, B, C o D

Aceleración Espectral Sa (g) 0,87 para T > Tc



φp 1,00 No cumple con ningún tipo de irregularidad






Coeficiente de correción k 1,23 Si 0.5 < T< 2,5 ; k+0,75+0,5T

Corte Basal

V (%) 0,124

V [ T ] 281,64

FUENTE: NEC-SE–DS




La losa tipo Deck se diseña para carga vertical más crítica, como se indica más adelante.

Sa= η Z Fa ]Tc

T^

r

V= I Sa (T

a)

R ϕP ϕ

E

V= I Sa (T

a)

R ϕP ϕ

E

W

52

CUADRO 4.26 CARGA SOBREIMPUESTA PARA DECK DEL EDIFICIO PLUS I

CARGA SOBREIMPUESTA







Considerando espaciamientos entre apoyos de 1.60 a 1.80 m, suponemos la

misma sección de 10 cm (5 cm de hormigón sobre la cresta), con placa colaborante de 0.65mm de espesor, suficiente para resistir la solicitación como se verifica en el cuadro 4.6, la sección es capaz de resistir hasta 1487 Kg/m2.


Se toma para el ejemplo la vigueta ubicada como indica la figura mostrada a continuación:

FIGURA 4.18 DISPOSICIÓN DE VIGUETA DEL EDIFICIO PLUS I


El procedimiento a seguir se indicó en la sección 4.1.2.2.

53


VIGUETA DEL EDIFICIO PLUS I


UNIDAD VALOR







Carga Uniformemente Distribuida

QU [ T/m ] 1,70




FIGURA 4.19 CARGA SOBRE LA VIGUETA DEL EDIFICIO PLUS I


El momento en el extremo de la viga se calcula haciendo uso de la ecuación 4.1.

M` =!1bT0! " !LbL36

12 !

Mu!=!6,21![T-m]!

54

CUADRO 4.28 PREDISEÑO DE LA VIGUETA DEL EDIFICIO PLUS I

VIGUETA TIPO "I"



Dimensiones

hw [ mm ] 330

tw [ mm ] 4

bf [ mm ] 80

tf [ mm ] 6

Material

E [ kg/cm2 ] 2043000

Fy [ ksi ] 50

Fy [ kg/cm2 ] 3520

Propiedades

E [ kg/cm2 ] 22,80

Fy [ ksi ] 17,90

Fy [ kg/cm2 ] 17,10



λ (b/t ó h/t) 6,67 82,50

λp 9,16 90,59

λr 19,61 137,33




196,11 270,18



6,21 9,51


0,90 8,56

SECCIÓN CUMPLE



(_bMn).

6,21 [T-m] < 8,56 [T-m]

55


El proceso de predimensionamiento se explicó en la sección 4.1.2.3.

La disposición de viguetas y vigas principales se muestra a continuación:

FIGURA 4.20 DISPOSICIÓN DE VIGA PRINCIPAL DEL EDIFICIO PLUS I


56


VIGA DEL EDIFICIO PLUS I


UNIDAD VALOR













FIGURA 4.21 CARGA SOBRE LA VIGA PRINCIPAL DEL EDIFICIO PLUS I


El momento en el extremo de la viga principal viene dado por:

M` =! P̀ ![N +! P̀ !g!([ h g)[ +! P̀ !2g!([ h 2g)[ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(4.5)!

M` = !N,N0 " 9,90N +!N,N0 " 1,L5! " !(9,90 h 1,L5)9,90+!N,N0! " !2! " (1,L5) " !(9,90 h 2(1,L5))9,90 !

M!=!42,35![T-m]!

57

CUADRO 4.30 PREDISEÑO DE LA VIGA DEL EDIFICIO PLUS I

VIGA TIPO "I"



Dimensiones

hw [ mm ] 550 tw [ mm ] 8 bf [ mm ] 150 tf [ mm ] 15

Material

E [ kg/cm2 ] 2043000 Fy [ ksi ] 50 Fy [ kg/cm2 ] 3520

Propiedades

A [ cm2 ] 89,00 Peso [ kg/m ] 69,87

Ycg [ cm ] 29,00 Análisis de Esbeltez (AISC 360-10/Tabla B4.1b)


λ (b/t ó h/t) 5,00 68,75

λp 9,16 90,59

Caso COMPACTO COMPACTO Comprobación de Módulo de sección plástico entorno al eje X


1336,93 1876,25 Comprobación de Resistencia a Flexión


42,35 66,04


0,90 59,43

SECCIÓN CUMPLE



(_bMn).

42,35 [T-m] < 59,43 [T-m]

58


El proceso de predimensionamiento se explicó en la sección 4.1.2.4.


COLUMNA DEL EDIFICIO PLUS I


UNIDAD VALOR

Área tributaria - Pisos 1:10 At [ m2 ] 17,14

Área tributaria - Subsuelos At [ m2 ] 30,73






Solicitación de Carga Pu [ T-m ] 334,11


CUADRO 4.32 PREDISEÑO DE LA COLUMNA DEL EDIFICIO PLUS I


Dimensiones

h [ mm ] 300

b [ mm ] 300

t [ mm ] 8

L [ mm ] 255

Material

Es [ kg/cm2 ] 2043000

Ec [ kg/cm2 ] 209141

Fy [ ksi ] 50

Fy [ kg/cm2 ] 3520

f'c [ kg/cm2 ] 240

Propiedades

As [ cm2 ] 93,44

Ac [ cm2 ] 806,56

C2 0,85 C3 0,81

Icxx [ cm4 ] 54212 Icyy [ cm4 ] 54212

Isxx [ cm4 ] 13288 Isyy [ cm4 ] 13288


59



Patín Alma

b/t 35,5 D/t 35,5

λp 54 λp 54

λr 72 λr 72




Pp (ton) 493,42 Pno (ton) 493,42



334,11 475,27



0,75 356,45

SECCIÓN CUMPLE




334,11 [T] < 356,45 [T]

60

CAPÍTULO 5

MODELACIÓN, ANÁLISIS Y DISEÑO

En el presente capítulo se explica de manera general, el proceso para generar los modelos en cada uno de los programas, incluyendo el análisis, diseño y presentación de resultados.

Como nomenclatura en la descripción, se muestra con letra cursiva y negrita, los

textos que corresponden a menús, comandos y ventanas que van apareciendo en el desarrollo, el signo slash (/) indica secuencia.

Además, se usan capturas de pantalla para ilustrar y explicar las ventanas que despliegan los programas y mediante flechas se señalan los iconos que se describen en las mismas.

61

61

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sel

ecci

on

ando

New

Pro

jec

t, e

sta

seg

und

a,

pe

rmite

e

sco

ge

r el

tip

o

de

p

roye

cto

, p

ara

la

m

ode

laci

ón

de

edi

ficio

s se

lecc

iona

mos

B

uil

din

g D

es

ign

.

Pa

ra c

on

figu

rar

las

pre

fere

nci

as

de t

rab

ajo

, en

la

pa

nta

lla p

rinc

ipa

l se

guim

os

la r

uta

T

oo

ls /

Jo

b

Pre

fere

nc

es

.

Nu

evo

m

od

elo

Ab

rir

mo

del

o

Aju

ste

s g

uar

da

do

s

Aju

ste

s d

e u

n a

rch

ivo

Aju

ste

s c

on

lo

s va

lore

s es

tab

lec

ido

s

abaj

o

Nu

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m

od

elo

Ab

rir

mo

del

o

Ab

rir

pro

yec

to

Nu

evo

p

roye

cto

Dim

ensi

on

es

Fu

erza

s

62

62

CU

AD

RO

5.1

CO

NT

INU

AC

IÓN

DE

FIN

ICIÓ

N D

E L

A C

UA

DR

ÍCU

LA

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

Est

abl

eci

dos

lo

s aj

ust

es,

se

de

splie

ga l

a s

igu

ien

te

ven

tan

a,

sele

ccio

na

mo

s la

o

pci

ón

G

rid

O

nly

y

pe

rson

aliz

am

os l

as d

imen

sion

es

de l

a c

uad

rícu

la

en

Gri

d D

ime

ns

ion

s (

Pla

n)

y S

tory

Dim

en

sio

ns

.

La

s o

pcio

nes

, C

us

tom

G

rid

Sp

ac

ing

(es

pac

iad

o d

e l

a cu

ad

rícu

la p

ers

ona

lizad

a)

y C

us

tom

S

tory

Data

(a

ltura

s d

e

pis

o

pe

rson

aliz

ada

s),

pe

rmite

n d

efin

ir c

on

figu

raci

on

es p

art

icul

are

s d

e la

s lín

eas

de

refe

renc

ia,

ne

cesa

rias

pa

ra f

orm

ar

un

esp

acio

de

tra

ba

jo id

ea

l.

Una

ve

z in

icia

do

el

nue

vo m

od

elo

, ap

are

ce u

na

ven

tan

a q

ue

pe

rmite

e

sco

ge

r p

lan

tilla

s p

red

ete

rmin

ada

s,

y m

odi

ficar

las

po

ste

riorm

ente

se

gún

nue

stro

re

que

rimie

nto

.

Se

lecc

ion

amo

s F

ram

e

Mo

de

ls

/ B

ay

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ram

e,

con

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os l

as d

ime

nsi

on

es e

n l

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gitu

d,

anc

ho

y a

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de

l ed

ifici

o.

La

cu

ad

rícu

la d

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ida

se

de

be e

xpo

rta

r de

sde

el

ed

itor

a

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inte

rfa

ce

del

prog

ram

a m

ed

ian

te

el

me

nú

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ile

/

Me

rge

M

od

el

wit

h

ST

AA

D.P

ro

Mo

de

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nd

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la

s co

ord

ena

da

s d

e o

rige

n q

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ten

drá

el m

ode

lo.

Defin

imos

la

cu

ad

rícu

la

slec

cio

na

ndo

el

m

en

ú G

eo

me

try

/ A

xis

D

efi

nit

ion

, se

d

esp

lieg

a

un

cua

dro

de

diá

log

o e

n e

l cu

al p

od

em

os

ing

resa

r la

s co

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en

ada

s en

dife

ren

tes

sist

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as:

ca

rtes

ian

o,

cilín

dric

o o

arb

itra

rio.

En

est

e c

aso

in

gre

sam

os l

as

coo

rden

ada

s e

n l

a o

pci

ón

Cart

es

ian

, la

s di

stan

cia

s y

no

mb

res

de lo

s e

jes

en p

lan

ta s

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san

en

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Y,

pa

ra d

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ir la

s a

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s en

Z, o

en

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enú

Geo

me

try /

Sto

rie

s.

Pla

nti

llas

pre

de

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ina

das

Dim

ensi

on

es

en p

lan

ta

Dim

ensi

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es

de

Pis

o

Mo

de

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de

mar

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Mo

de

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pro

toti

po

Lo

ng

itu

d

Alt

ura

A

nc

ho

Sis

tem

as d

e

coo

rde

nad

as

Dir

ecc

ión

Pó

rtic

os

63

63

CU

AD

RO

5.1

CO

NT

INU

AC

IÓN

DE

FIN

ICIÓ

N D

E M

AT

ER

IAL

ES

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

De

finim

os c

on

cre

to d

e f

´c 2

40

kg

/cm

2 y

ace

ro A

572

g

rad

o

50

, si

guie

nd

o

la

ruta

D

efi

ne

/

Ma

teri

al

Pro

pe

rtie

s, s

e d

esp

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a la

sig

uie

nte

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nta

na

:

Esc

oge

mo

s la

op

ció

n A

dd

New

Ma

teri

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el t

ipo

de

ma

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l y

el

gra

do

, e

dita

mo

s su

s p

ropi

ed

ade

s en

la

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nta

na

Ma

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Pro

pe

rty D

ata

.

Lo

s m

ate

riale

s se

d

efin

en

de

sde

la

p

esta

ña

Mo

de

lin

g,

sele

ccio

nam

os

la

op

ció

n

Ge

ne

ral

/

Ma

teri

al,

se

des

plie

ga la

ve

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na

:

Se

lecc

ion

amo

s la

o

pci

ón

C

rea

te,

ap

are

ce

un

a n

ue

va

ven

tan

a,

Iso

tro

pic

M

ate

ria

l,

do

nd

e in

gre

sam

os

las

pro

pie

da

des

.

Me

dia

nte

el

com

and

o T

oo

ls /

Jo

b P

refe

ren

ce

s,

de

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os l

os

ma

teria

les,

se

lecc

ion

and

o l

a o

pci

ón

Ma

teri

als

.

Esc

oge

mo

s e

l co

ma

ndo

Mo

dif

ica

tio

n,

se

de

splie

ga

un

cu

adro

de

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logo

don

de

ing

resa

mos

la

s p

rop

ied

ade

s qu

e c

orr

espo

nd

a a

ca

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ipo

de

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l.

Añ

ad

ir n

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vo

Añ

ad

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op

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Mo

dif

icar

/ V

er

Bo

rrar

Dat

os

ge

ner

ale

s

Pes

o y

mas

a p

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idad

de

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lum

en

P

rop

ied

ades

m

ecá

nic

as

Pro

pie

dad

es d

e

dis

eño

P

rop

ied

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a

van

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Cre

ar

B

orr

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Ed

itar

Ide

nti

fica

ció

n

Pro

pie

dad

es

Tip

o d

e m

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ial

Pro

pie

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es d

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eño

Mat

eria

les

Mo

dif

icac

ión

Tip

o d

e m

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ial

No

mb

re

Ela

stic

ida

d

Re

sis

ten

cia

64

64

CU

AD

RO

5.1

CO

NT

INU

AC

IÓN

DE

FIN

ICIÓ

N D

E S

EC

CIO

NE

S

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

Cre

am

os

las

secc

ion

es,

se

lecc

ion

and

o

el

me

nú

Defi

ne

/ S

ec

tio

n P

rop

ert

ies

, la

s vi

gas

pri

ncip

ale

s,

secu

nd

aria

s y

colu

mna

s,

con

la

op

ció

n

Fra

me

Se

cti

on

s,

se d

esp

liega

la v

enta

na

:

Se

lecc

ion

and

o A

dd

New

Pro

pe

rty

, se

des

plie

gan

ven

tan

as p

ara

edi

tar

las

pro

pie

da

des

.

Se

gu

imo

s e

l m

ism

o p

roce

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ien

to p

ara

cub

iert

as,

co

n l

a o

pció

n D

ec

k S

ec

tio

ns

y m

uro

s, m

edi

ant

e W

all

Sec

tio

n.

La

s se

ccio

nes

se

de

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esd

e

la

pes

taña

M

od

eli

ng

, se

lecc

ion

an

do

la

op

ció

n

Gen

era

l /

Pro

pe

rty

, co

n lo

cu

al s

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bre

la v

en

tana

:

La

s vi

gas

pri

ncip

ales

y s

ecu

nda

rias

, se

cre

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co

n e

l co

ma

ndo

D

efi

ne

/

Tap

ere

d

I,

edi

tam

os

sus

pro

pie

da

des

en

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en

tan

a:

La

s co

lum

nas

se

def

ine

n c

on e

l co

ma

ndo

Use

r

Ta

ble

/

Pri

sm

ati

c,

don

de

indi

cam

os

sus

pro

pie

da

des

obte

nid

as

com

o

se

ind

ica

e

n

los

AN

EX

OS

. L

os

mu

ros,

con

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op

ció

n T

hic

kn

ess

/

Su

rfa

ce

T

hic

kn

es

s.

No

se

pu

ed

en

de

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la

s p

rop

ied

ade

s de

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sa

De

ck,

en

su

lu

gar,

co

nsid

era

mo

s su

pe

so c

omo

ca

rga

pe

rman

en

te.

La

d

efin

ició

n

de

se

ccio

nes

se

re

aliz

a

de

sde

e

l m

en

ú G

eo

me

try /

Pro

pe

rtie

s /

Se

cti

on

s /

New

. S

e d

esp

lieg

a la

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na N

ew

Sec

tio

n,

pa

ra d

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ir la

s vi

ga

s y

vig

ue

tas

util

iza

mo

s la

o

pció

n P

ara

me

tric

, la

s co

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nas

equ

iva

len

tes

en

ace

ro

se c

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n i

ng

resa

nd

o s

us p

ropi

ed

ade

s e

n t

ipo

Ax

,

Iy,

Iz,

ob

ten

ida

s co

mo

se

indi

ca e

n A

NE

XO

S.

Lo

s m

uro

s, s

e d

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en

de

sde

la r

uta

Ge

om

etr

y /

Pro

pe

rtie

s /

Th

ickn

es

s /

New

, i

ng

resa

mo

s el

m

ate

rial

y e

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spes

or

en

la

ven

tan

a

Ne

w

Th

ick

ne

ss

.

El

pro

gra

ma

no

pe

rmite

de

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las

pro

pie

dad

es d

e la

cu

bie

rta

tipo

Dec

k, a

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ua

l q

ue

en

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pro

gra

ma

an

terio

r,

se

cons

ide

rará

co

mo

u

na

carg

a p

erm

ane

nte

.

Imp

ort

ar n

ue

va

Añ

ad

ir n

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Añ

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op

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Mo

dif

icar

/ ve

r B

orr

ar

Bo

rrar

mú

ltip

les

Dat

os

ge

ner

ale

s

Fo

rma

Dim

ensi

on

es

Ed

itar

B

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ar

Def

inir

U

sar

tab

la

Esp

es

or

Per

file

s I

Mat

eria

l

Dim

en

sio

nes

Dim

ensi

on

es

Mat

eria

l

Tip

o

No

mb

re

65

65

CU

AD

RO

5.1

CO

NT

INU

AC

IÓN

TR

AZ

AD

O D

E E

LE

ME

NT

OS

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

El

tra

zad

o

de

vig

as

pri

ncip

ale

s,

secu

nda

rias

y co

lum

nas

se

re

aliz

an

si

gui

end

o

la

ruta

D

raw

/

Dra

w

Bea

m/C

olu

mn

/Bra

ce

O

bje

cts

. La

s cu

bie

rtas

y m

uro

s co

n l

a o

pci

ón

Dra

w F

loo

r/W

all

Ob

jec

ts,

del m

ism

o m

enú

.

Usa

nd

o

com

o

refe

renc

ia

la

cua

drí

cula

d

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ida

inic

ialm

ente

, se

p

ue

den

d

ibu

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ele

men

tos

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líne

a,

sele

ccio

nan

do

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pun

to

de

in

icio

y

arr

ast

ran

do

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pu

nte

ro h

asta

el

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to f

ina

l d

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a m

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a

o

dib

uja

r su

perf

icie

s,

sele

ccio

nan

do

su

s vé

rtic

es.

Lo

s e

lem

en

tos

est

ruct

ura

les

se p

ue

den

ge

ne

rar

de

sde

el m

enú

Ge

om

etr

y,

par

a e

l ca

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vig

as

pri

nci

pal

es,

sec

und

aria

s y

colu

mn

as,

esco

gem

os

la o

pci

ón

Ad

d B

ea

m,

pa

ra e

lem

ent

os

sup

erf

icie

, u

sam

os

el c

oma

ndo

Ad

d S

urf

ac

e.

El

tra

zad

o

de

ele

men

tos

se

rea

liza

pu

nte

an

do

sob

re l

os

no

dos

de

la

cu

adr

ícu

la d

e r

efe

ren

cia

de

finid

a.

El t

raza

do

de

ele

me

nto

s se

rea

liza

des

de

el m

enú

G

eo

me

try

, o

des

de l

a b

arr

a d

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err

am

ien

tas

de

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ujo

qu

e in

corp

ora

el

pro

gra

ma

, p

ara

el

caso

de

vi

ga

s p

rinci

pa

les,

se

cun

dari

as

y co

lum

na

s,

sel e

ccio

nam

os l

a o

pció

n B

ars

o d

e m

ane

ra m

ás

esp

ecífi

ca la

s o

pcio

nes

Bea

ms

y C

olu

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s,

segú

n co

rres

po

nda

. P

ara

los

mu

ros,

usa

mo

s el

com

an

do

Wa

lls

, ad

em

ás

es n

eces

ario

tra

zar

las

sup

erf

icie

s d

e

los

en

tre

pis

os,

co

n e

l co

ma

ndo

C

lad

din

gs

, p

ara

esp

ecifi

car

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irec

ció

n e

n q

ue

se

dis

trib

uir

án

las

carg

as

qu

e a

ctú

an

so

bre

la lo

sa.

De m

an

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sim

ilar

a l

os p

rog

ram

as a

nte

riore

s, l

os

ele

me

nto

s se

tra

zan

pun

tean

do

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bre

lo

s n

odo

s d

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cua

drí

cula

de

re

fere

nci

a d

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ida

.

Sel

ecci

on

ar o

bje

to

Rem

od

elar

un

ob

jeto

D

ibu

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nu

do

D

ibu

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vig

a/co

lum

na/

arro

str

. D

ibu

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los

a/m

uro

D

ibu

jar

enla

ces

D

ibu

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cuad

rícu

la

Dib

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r d

ime

ns

ion

es

de

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ea

Dib

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r p

un

to d

e r

efer

enci

a

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r p

lan

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fere

nc

ia

Dib

uja

r se

cció

n d

e c

ort

e

Dib

uja

r d

esa

rro

llo

de

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v.

Dib

uja

r g

rup

o d

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uro

s

Nu

do

s

Aju

ste

de

no

do

s

Ins

erta

r n

od

o

Ag

reg

ar V

iga

A

gre

gar

pla

ca

Ag

reg

ar s

óli

do

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gre

gar

su

per

fici

e

Cre

ar v

iga

s c

oli

nea

les

C

on

ecta

r vi

gas

a l

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arg

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Cre

ar p

lac

as d

e re

llen

o

Nu

do

s

Bar

ras

P

ane

les

O

bje

tos

E

stru

ctu

ras

C

olu

mn

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Vig

as

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ared

es

Pis

os

A

per

tura

s

Cer

ram

ien

tos

A

sis

ten

te p

ara

losa

s

66

66

CU

AD

RO

5.1

CO

NT

INU

AC

IÓN

DE

FIN

ICIÓ

N D

E C

AS

OS

DE

CA

RG

A

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

En

e

l m

en

ú D

efi

ne

/ L

oa

d

Pa

tte

rns,

pod

emos

d

efin

ir

carg

as

gra

vita

cio

nal

es

y la

tera

les.

S

e a

ña

den

pat

ron

es d

e c

arg

a s

ele

ccio

nan

do

la o

pci

ón

Ad

d N

ew

Lo

ad

.

La

ge

ne

raci

ón

d

e

carg

as

est

átic

as

late

rale

s ca

usa

das

por

el s

ism

o, s

e p

ued

e r

ea

liza

r e

n b

ase

a

cód

igo

s in

tern

acio

na

les

inco

rpo

rad

os,

en n

uest

ro

caso

, se

lecc

iona

mo

s U

se

r C

oe

ffic

ien

t,

pa

ra

de

finir

las

med

ian

te

un

coe

ficie

nte

o

bte

nid

o a

plic

and

o la

NE

C 1

5.

Au

tom

átic

am

en

te s

e c

rean

los

ca

sos

de

ca

rga

, lo

s m

ism

os

se

pu

ede

n

revi

sare

n

el

me

nú

D

efi

ne

/

Lo

ad

Case

s.

Lo

s si

ste

mas

d

e

carg

a

se

de

finen

d

esd

e

la

pe

sta

ña

M

od

eli

ng

, se

lecc

ion

an

do

la

opc

ión

Ge

ne

ral

/ L

oa

d &

D

efi

nit

ion

, se

des

plie

ga

una

ve

nta

na

e

n

la

cua

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sco

gem

os

Lo

ad

C

as

es

Deta

ils

/

Ad

d p

ara

ag

reg

ar

los

caso

s d

e c

arg

a p

rim

ario

s y

com

bin

aci

one

s.

Pa

ra

de

finir

la

s ca

rga

s e

stá

tica

s la

tera

les

caus

ad

as

por

el

sism

o,

el

pro

gra

ma

in

corp

ora

a

lgu

nos

códi

gos

in

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aci

ona

les,

no

in

clu

ye

nin

gún

có

dig

o

Ecu

ato

rian

o,

ni

la

opci

ón

d

e in

tro

duci

r co

efic

ien

tes

calc

ula

do

s co

n l

a N

EC

15

, p

or

lo c

ua

l se

pre

fiere

in

tro

duci

r d

irec

tam

en

te l

as

fue

rza

s sí

smic

as d

e m

ane

ra p

un

tual

en

los

nu

dos

q

ue

rep

rese

nta

n e

l cen

tro

de

ma

sa d

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ada

pis

o.

Se

lecc

ion

and

o e

l m

en

ú L

oad

s /

Lo

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Ty

pe

s,

se

de

splie

ga

un

a v

enta

na e

n la

cu

al s

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en

las

carg

as g

ravi

taci

on

ale

s y

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rale

s ne

cesa

rias

para

e

l aná

lisis

.

Rob

ot

Str

uct

ura

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orp

ora

cód

igos

inte

rna

cio

nale

s p

ara

la g

ene

raci

ón a

uto

má

tica

de

ca

rgas

est

átic

as

late

rale

s ca

usa

das

p

or

el

sism

o,

pe

ro

nin

gún

có

dig

o

Ecu

ato

rian

o,

por

esta

ra

zón

la

s fu

erz

as

sísm

ica

s se

apl

ica

rán

ma

nual

me

nte

en

el

cen

tro

de

ma

sa d

e c

ada

pis

o.

Car

ga

Tip

o

Mu

ltip

licad

or

c

arg

a la

tera

l

(N

om

bre

)

del

pe

so p

rop

io

a

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má

tic

a

Añ

ad

ir n

ue

va c

arg

a

Dir

ecc

ión

y e

xce

ntr

icid

ad

es

Fa

cto

res

R

ang

o d

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iso

s

Pat

ron

es

de

carg

a

Cas

os

de

car

ga

E

nvo

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tes

de

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a

Nu

evo

Ag

reg

ar

Nú

mer

o

Nat

ura

leza

No

mb

re

Ag

reg

ar

Mo

dif

icar

67

67

CU

AD

RO

5.1

CO

NT

INU

AC

IÓN

DE

FIN

ICIÓ

N D

E C

OM

BIN

AC

ION

ES

DE

CA

RG

A

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

En

e

l m

enú

D

efi

ne

/

Lo

ad

C

om

bin

ati

on

s,

po

dem

os

com

bin

ar

los

caso

s d

e c

arg

a d

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idos

a

nte

riorm

ente

, de

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cue

rdo

a

la

n

orm

a

util

iza

da

pa

ra

el

dis

eño

, e

n

nue

stro

ca

so

AIS

C-L

RF

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sele

ccio

nan

do

el

com

an

do

Ad

d

New

C

om

bo

, a

de

má

s e

l p

rog

ram

a

tiene

la

o

pció

n d

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añ

adi

r co

mb

inac

ion

es

de

ca

rga

p

red

efin

ida

s,

para

el

d

iseñ

o

de

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lem

ent

os

en

ace

ro

y co

ncre

to,

me

dia

nte

la o

pci

ón

Ad

d D

efa

ult

De

sig

n C

om

bo

s.

Al

igu

al

qu

e

los

caso

s d

e

carg

a,

las

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bin

acio

nes

de

los

mis

mos

se

de

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n d

esd

e la

p

est

añ

a

Mo

de

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g,

sigu

ien

do

la

ruta

G

en

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l /

Lo

ad

&

D

efi

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/

New

/

Lo

ad

C

as

es

/

Co

mb

ina

tio

n.

El

pro

gra

ma

pe

rmite

ge

ne

rar

au

tom

átic

ame

nte

co

mb

ina

cio

ne

s de

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rga

, se

lecc

iona

nd

o e

l có

dig

o d

e

dis

eño

en

ac

ero

o

conc

reto

, m

edia

nte

e

l co

ma

ndo

A

uto

L

oa

d

Co

mb

ina

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n,

ad

emás

se

cre

an

en

volv

en

tes

de

carg

a e

n la

pe

sta

ña

Lo

ad

En

ve

lop

es.

Pa

ra

cre

ar

com

bin

acio

ne

s d

e ca

rga

sele

ccio

nam

os

el

me

nú

Lo

ad

s

/ M

an

ua

l

Co

mb

ina

tio

ns

, se

des

plie

gan

las

ve

nta

nas

qu

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ind

ica

n a

co

ntin

uac

ión

:

Ad

em

ás,

es

pos

ible

ge

ne

rar

au

tom

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ame

nte

com

bin

acio

nes

de

ca

rga

, a

cord

e a

los

dife

rent

es

cód

igo

s pa

ra a

cero

y c

onc

reto

, si

guie

ndo

la

rut

a L

oa

ds

/

Au

tom

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c C

om

bin

ati

on

s,

el

pro

gra

ma

no

pe

rmite

cre

ar

envo

lve

nte

s d

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arg

a.

Ag

reg

ar

nu

evo

co

mb

o

No

mb

re d

e la

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mb

inac

ión

Tip

o d

e c

om

bin

aci

ón

, se

pu

ede

de

fin

ir u

na

envo

lve

nte

Fa

cto

r d

e e

scal

a

Cas

o d

e ca

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Pri

mar

ias

C

om

bin

acio

nes

D

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ir

com

bin

acio

ne

s

Co

mb

inac

ión

de

carg

as a

uto

mát

ica

Cas

o

Fac

tor

de

carg

a

de

esc

ala

En

volv

ente

d

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rgas

Nú

mer

o d

e co

mb

inac

ión

Tip

o d

e

com

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ació

n

No

mb

re d

e la

co

mb

inac

ión

Cas

os

de

ca

rga

F

act

or

de

esc

ala

68

68

CU

AD

RO

5.1

CO

NT

INU

AC

IÓN

AS

IGN

AC

IÓN

DE

PR

OP

IED

AD

ES

A L

OS

EL

EM

EN

TO

S Y

AP

OY

OS

ES

TR

UC

TU

RA

LE

S

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

Cua

nd

o se

dib

uja

n l

os

ele

me

nto

s, s

ea

n lín

ea

s o

sup

erf

icie

s,

el

pro

gra

ma

d

esp

lieg

a

un

a

ven

tan

a,

do

nd

e p

erm

ite e

leg

ir p

revi

am

en

te l

as p

ropi

eda

des

co

n q

ue

se

cre

ará

n.

Ad

em

ás,

un

a

vez

tra

zad

os

los

ele

me

nto

s tip

o lín

ea,

se

pu

ede

cam

bia

r su

s p

rop

ied

ade

s d

esd

e e

l m

en

ú A

ss

ign

/

Fra

me

/

Sec

tio

n P

rop

ert

y,

para

lo

s el

eme

nto

s tip

o

sup

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icie

se

si

gue

la

ru

ta

Ass

ign

/ S

he

ll/D

ec

k o

Wa

ll S

ec

tio

n.

Desd

e

el

men

ú

Ass

ign

, se

a

sign

an

lo

s ap

oyo

s e

stru

ctu

rale

s, s

elec

cio

nan

do

lo

s n

udo

s de

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ba

se

y a

plic

an

do e

l co

man

do

Jo

int

/ R

es

train

ts,

con

lo

cua

l ap

are

ce u

na v

en

tan

a q

ue

pe

rmite

pe

rso

nal

iza

r la

s re

stric

cion

es.

Se

lecc

ion

and

o l

a p

esta

ña M

od

eli

ng

/ G

en

era

l /

Pro

pe

rty

, se

des

plie

ga u

na

ve

nta

na

, en

la

cua

l a

pa

rece

n la

s se

ccio

nes

cr

ead

as

an

teri

orm

ente

, se

lecc

iona

mos

la

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ue

se

de

sea

a

sig

na

r y

se

act

iva

e

n

la

pa

rte

in

ferio

r lo

s m

éto

dos

d

e a

sign

aci

ón.

La

s re

stric

cio

nes

qu

e t

en

drá

n l

os

apo

yos

de

la

ba

se

se

de

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n la

p

est

añ

a

Mo

de

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g,

sig

uie

ndo

la

ru

ta:

Ge

ne

ral

/ S

up

po

rt /

Cre

ate

, u

na

ve

z cr

ead

os,

se

asi

gna

n d

e m

ane

ra s

imila

r a

las

secc

ion

es.

En

la

mis

ma

ve

nta

na

que

util

iza

mo

s pa

ra d

ibu

jar

los

elem

en

tos,

se

tie

ne

la

op

ció

n

de

esc

oge

r p

revi

am

en

te l

a

secc

ión

con

qu

e

se

real

iza

rá

el

tra

zad

o.

La

s re

stric

cio

nes

de

los

apo

yos

de

la

b

ase

se

d

efin

en

sig

uie

ndo

la

rut

a:

Geo

me

try

/ S

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po

rts /

New

.

Sec

ció

n

Lib

era

ció

n d

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om

ento

s

si un

la

Res

tric

cio

ne

s e

n

dir

ecci

on

es g

lob

ales

Res

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cio

ne

s rá

pid

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üE

mp

otr

amie

nto

üA

po

yo S

imp

le

üR

od

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Ró

tula

Sec

cio

ne

s d

isp

on

ible

s

Mét

od

os

de

asig

nac

ión

:

üA

vig

as

sele

ccio

na

da

s

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un

a li

sta

üU

sar

cu

rso

r

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vis

ta

Tip

os

de

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ric

cio

nes

ad

o.

rest

ricci

one

s de

ne

n s

igu

iend

o l

a r

utw

.

Tip

o d

e b

arra

Sec

ció

n

Co

ord

en

ad

as

Dir

ecc

ión

Fij

a

69

69

CU

AD

RO

5.1

CO

NT

INU

AC

IÓN

AS

IGN

AC

IÓN

DE

DIA

FR

AG

MA

S H

OR

IZO

NT

AL

ES

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

La

s lo

sas

de

en

tre

piso

pre

sent

an

ma

yor

rigi

de

z en

su

pla

no,

qu

e fu

era

de

él,

por

lo

tan

to s

e i

dea

liza

com

o

un

cu

erp

o

infin

itam

en

te

ríg

ido

, pa

ra

rep

rese

nta

r es

a i

de

aliz

aci

ón

es

nece

sario

asi

gn

ar

dia

frag

mas

ho

rizo

nta

les,

lo

cu

al

se h

ará

des

de

el

me

nú

D

efi

ne

/

Dia

ph

rag

ms

/

Ad

d

New

Dia

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m / R

igid

.

Se

lecc

ion

amo

s e

l e

ntre

pis

o a

l q

ue

se

de

sea

asi

gna

r e

l d

iafr

agm

a y

seg

uim

os

la r

uta

Ass

ign

/

Sh

ell

/ D

iap

hra

gm

s /

Ap

pp

ly.

Lo

s d

iafr

agm

as

hor

izo

nta

les

se d

efin

en

med

ian

te

el

me

nú

C

om

man

ds

, se

lecc

iona

ndo

la

o

pció

n M

as

ter

/ S

lav

e

Jo

ints

/

Ad

d,

se

desp

lieg

a

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ven

tan

a:

Se

lecc

ion

amo

s e

l d

iafr

agm

a cr

ea

do p

ara

el

nu

do

ma

estr

o

del

p

iso

y

le

asig

nam

os

a

los

dem

ás

nu

dos

(es

cla

vos)

co

n c

ualq

uie

ra d

e lo

s m

éto

dos

de

asi

gna

ció

n q

ue

pe

rmite

el p

rog

ram

a.

La

de

finic

ión

de

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fra

gma

s ho

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nta

les

se r

ea

liza

de

sde

el m

en

ú

Ge

om

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y /

Ad

dit

ion

al

Att

rib

ute

s

/ R

igid

Lin

ks

/ N

ew

.

Una

ve

z d

efin

ido

el

dia

fra

gm

a, s

ele

ccio

nam

os u

n n

ud

o m

ae

stro

y l

os

nu

dos

que

se

esc

lavi

zará

n a

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l, pa

r a c

ad

a p

iso

.

Ag

reg

ar

nu

evo

d

iafr

agm

a

Sem

i rí

gid

o

Ríg

ido

No

mb

re

Jun

ta

amo

/esc

lavo

Dir

ecc

ión

de

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do

s es

cla

vo

Dia

fra

gm

a d

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iso

Nu

do

M

aest

ro

No

mb

re

Dir

ecc

ión

blo

qu

ead

a

Nu

do

Ma

estr

o

Nu

do

s es

cla

vos

sele

ccio

na

do

s

70

70

CU

AD

RO

5.1

CO

NT

INU

AC

IÓN

AS

IGN

AC

IÓN

DE

CA

RG

AS

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

La

s ca

rgas

pue

de

n a

sig

na

rse

a n

ud

os,

ele

me

nto

s lín

eas

y s

up

erf

icie

s. E

n n

uest

ro c

aso

no

te

nem

os

carg

as

pun

tual

es

esp

ecí

ficas

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n

nud

os

ni

en

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me

nto

s tip

o l

íne

a,

sola

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a c

arg

a u

nifo

rme

qu

e s

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plic

ará

en

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s su

pe

rfic

ies

de

cub

iert

as

y q

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se

rá

rep

art

ida

a

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má

tica

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te

por

e

l p

rog

ram

a a

los

dem

ás

elem

ento

s es

truc

tura

les.

La

asi

gna

ció

n d

e l

a c

arg

a u

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rme

me

nte

rep

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ida

se

rea

liza

me

dia

nte

el

me

nú A

ss

ign

/ S

hell

Lo

ad

s /

Un

ifo

rm.

Lo

s ca

sos

de

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rga

cr

eado

s a

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rece

n

en

la

ve

nta

na

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se

des

plie

ga

sigu

ien

do

la

ruta

M

od

eli

ng

/ G

en

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l /

Lo

ad

& D

efi

nit

ion

, ba

jo l

a o

pci

ón

L

oa

d

Cas

es

D

eta

ils.

Se

lecc

iona

mos

la

ca

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que

se

de

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a

sig

nar

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sco

gem

os

la

op

ció

n A

dd

, se

ab

re u

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ro d

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iálo

go q

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pe

rmite

asi

gn

ar

carg

as

a n

ud

os,

mie

mb

ros,

áre

as,

p

isos

, e

tc.,

e

n

nue

stro

s m

ode

los

asi

gn

are

mo

s ca

rga

de

pis

o m

ed

ian

te e

l com

an

do

Flo

or

Lo

ad

.

La

a

plic

aci

ón

d

e

carg

as

se

rea

liza

rá

a

los

ele

me

nto

s su

pe

rfic

ie d

e p

iso

, m

edi

an

te e

l m

enú

L

oa

ds

/ L

oa

d D

efi

nit

ion

/ S

urf

ac

e.

FU

EN

TE

:

ET

AB

S V

ers

ión

15.

0.0, S

TA

AD

.Pro

V8i,

Robo

t S

truct

ura

l Anal

ysis

Pro

fess

iona

l 201

5

ELA

BO

RA

CIÓ

N:

Marí

a J

osé

Ech

everr

ía,

Byr

on

Sunt

axi

Cas

o

Añ

ad

ir

Ree

mp

laza

r B

orr

ar

Val

or

Dir

ecc

ión

Ran

go

Val

or

Dir

ecc

ión

Pes

o p

rop

io

En

nu

do

s

En

mie

mb

ro

En

áre

as

En

pis

os

D

istr

ibu

ir e

n

un

a d

irec

ció

n

Cas

o

Pes

o p

rop

io

Ele

me

nto

s

Val

or

Dir

ecc

ión

71

71

5.2

EJE

CU

CIÓ

N D

EL

AN

ÁL

ISIS

CU

AD

RO

5.2

AN

ÁL

ISIS

AN

ÁL

ISIS

DE

L M

OD

EL

O

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

El p

rog

ram

a p

erm

ite r

evi

sar

el m

od

elo

y e

sta

ble

cer

cie

rto

s pa

rám

etr

os

com

o

los

gra

dos

d

e

libe

rta

d a

ctiv

os d

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difi

cio

, lo

s ca

sos

de

ca

rga

pa

ra c

orr

er,

a

nte

s d

e

eje

cuta

r e

l a

nál

isis

de

sde

e

l m

enú

An

aly

ze

/ R

un

An

aly

sis

.

An

tes

de

ej

ecu

tar

el

aná

lisis

y

para

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vita

r in

con

sist

enci

as

en

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m

ode

lo,

usa

mo

s lo

s co

ma

nd

os

del

m

enú

T

oo

ls,

do

nd

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pod

emos

re

visa

r qu

e

no

exi

sta

n

nud

os

o

ele

men

tos

du

plic

ado

s o

de

sco

nec

tad

os.

El

pro

gra

ma

pre

sent

a v

ari

as o

pci

one

s d

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isis

, q

ue

se

e

cog

en

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n

la

pes

taña

M

od

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ng

/

An

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sis

/

Pri

nt

Co

mm

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ds

, e

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cid

os

los

pa

rám

etr

os,

pro

ced

em

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a l

a e

jecu

ció

n m

edi

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te

el m

en

ú A

na

lyze

/ R

un

An

aly

sis

.

La

def

inic

ión

de

l tip

o d

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isis

de

sea

do

y s

us

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rám

etr

os,

así

com

o

la

veri

fica

ció

n

de

inco

nsi

sten

cia

s e

n e

l mo

del

o,

se r

eal

iza

n d

esd

e e

l m

en

ú A

na

lys

is,

el

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ális

is e

stru

ctu

ral

se e

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ta

con

el c

om

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do C

alc

ula

tio

ns

.

FU

EN

TE

:

ET

AB

S V

ers

ión

15.

0.0, S

TA

AD

.Pro

V8i,

Robo

t S

truct

ura

l Anal

ysis

Pro

fess

iona

l 201

5

ELA

BO

RA

CIÓ

N:

Marí

a J

osé

Ech

everr

ía,

Byr

on

Sunt

axi

Rev

isar

el m

od

elo

Est

able

cer

gra

do

s d

e lib

erta

d

Est

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cer

caso

s d

e ca

rga

Op

cio

nes

ava

nza

das

SA

PF

ire

Aju

ste

div

isio

nes

de

pis

os

Aju

ste

div

isio

nes

de

mu

ros

An

ális

is b

isag

ras

no

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eale

s

Eje

cuta

r el

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Mo

dif

icar

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orm

ada

Eje

cuta

r ú

ltim

o a

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isis

Blo

qu

ear

mo

del

o

Rev

isar

est

ruct

ura

s m

últ

iple

s R

evis

ar d

up

licad

os

Nu

do

s H

uér

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os

Rev

isar

mie

mb

ros

de

lon

git

ud

cer

o

Rev

isar

mie

mb

ros

colin

eale

s su

per

pu

esto

s

Tip

os

de

anál

isis

C

álcu

los

Pre

par

ar r

esu

ltad

os

Gu

ard

ar c

om

bin

acio

nes

sís

mic

as

Rei

nic

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lcu

los

Men

saje

s d

e cá

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lo

No

tas

de

cálc

ulo

V

erifi

caci

ón

M

alla

do

G

ener

ació

n m

od

elo

co

mp

uta

cio

nal

M

éto

do

dir

ecto

de

anál

isis

72

72

5.3

EJE

CU

CIÓ

N D

EL

DIS

EÑ

O

CU

AD

RO

5.3

DIS

EÑ

O

DIS

EÑ

O E

ST

RU

CT

UR

AL

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

El

dis

eñ

o se

eje

cuta

en

el

me

nú

Desig

n,

para

la

s vi

ga

s y

vig

ue

tas

con

la o

pció

n S

tee

l F

ram

e D

es

ign

y

pa

ra

las

colu

mn

as

el

com

and

o

Co

mp

os

ite

Co

lum

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Des

ign

, ca

da

op

ció

n p

erm

ite

hac

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aju

ste

s a

nte

s d

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fect

ua

r e

l di

seño

, co

mo

esc

oge

r e

l có

dig

o d

e d

iseñ

o,

el

niv

el

de

dis

eñ

o (

con

dic

ión

sism

o r

esi

sten

te),

las

com

bin

acio

nes

de

ca

rga,

etc

.

La

e

jecu

ció

n

del

d

ise

ño

de

e

lem

en

tos

est

ruct

ura

les

se

real

iza

d

esd

e

la

pes

tañ

a M

od

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ng

/ D

es

ign

/ S

tee

l, e

l p

rog

ram

a p

erm

ite

de

finir

có

dig

os

y p

ará

me

tros

de

dis

eñ

o e

n a

cero

y

conc

reto

, no

p

erm

ite

el

dis

eñ

o

de

se

ccio

nes

co

mp

ues

tas.

El

pro

gra

ma

in

corp

ora

u

na

h

err

am

ien

ta

para

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iseñ

o e

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, co

ncre

to y

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de

ra,

en

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me

nú

Des

ign

, a

dem

ás p

erm

ite d

efin

ir lo

s p

ará

met

ros

de

cad

a d

ise

ño

, no

exi

ste

la

opc

ión

pa

ra d

iseñ

o d

e se

ccio

ne

s co

mp

uest

as.

FU

EN

TE

:

ET

AB

S V

ers

ión

15.

0.0, S

TA

AD

.Pro

V8i,

Robo

t S

truct

ura

l Anal

ysis

Pro

fess

iona

l 201

5

ELA

BO

RA

CIÓ

N:

Marí

a J

osé

Ech

everr

ía,

Byr

on

Sunt

axi

Dis

eñ

o e

lem

en

tos

en

ace

ro

Dis

eñ

o e

lem

en

tos

en

co

ncr

eto

Dis

eñ

o v

iga

co

mp

ue

sta

Dis

eñ

o c

olu

mn

a c

om

pu

est

a

Dis

eñ

o v

igu

eta

de

acer

o

Dis

eñ

o m

uro

de

co

rte

Dis

eñ

o c

on

exió

n d

e ac

ero

Fa

cto

r re

du

cci

ón

car

ga

viv

a

Est

ab

lece

r lím

ites

d

esp

laza

mie

nto

lat

eral

Est

ab

lece

r lím

ites

per

íod

os

Có

dig

os

de

dis

eño

Co

ma

nd

os

Def

inir

p

arám

etro

s

Sel

ecci

on

ar

par

ámet

ros

Dis

eñ

o e

n a

cero

Op

cio

ne

s (a

cer

o)

Dis

eñ

o c

on

exio

ne

s

Dis

eñ

o e

n m

ad

era

Op

cio

ne

s (m

ader

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Ref

uer

zo r

eq

uer

ido

Vig

as

/ co

lum

na

s

Ref

uer

zo r

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uer

ido

Lo

sas

/ mu

ros

Ref

uer

zo p

revi

sto

73

73

5.4

PR

ES

EN

TA

CIÓ

N D

E R

ES

UL

TA

DO

S

CU

AD

RO

5.4

PR

ES

EN

TA

CIÓ

N D

E R

ES

ULT

AD

OS

GE

NE

RA

CIÓ

N D

E R

EP

OR

TE

S D

E A

NÁ

LIS

IS

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

Un

a v

ez

eje

cuta

do

el

aná

lisis

, lo

s re

sulta

dos

del

m

ism

o p

ued

en v

isu

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ars

e

en

la

s op

cio

nes

que

p

rese

nta

el

me

nú D

isp

lay

, de

man

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grá

fica,

a

tra

vés

de d

iag

ram

as d

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sfu

erzo

s e

n e

lem

en

tos

y d

efo

rma

das

o e

n ta

bla

s.

Lo

s re

sulta

do

s d

e la

e

jecu

ció

n d

el

dise

ño

se

visu

aliz

an

en

el

me

nú

Des

ign

/

Dis

pla

y D

es

ign

Info

, se

gún

el t

ipo

de

ele

me

nto

.

Dura

nte

el

pro

ceso

d

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ális

is,

se

de

splie

ga

la

ve

nta

na

m

ostr

ada

, cu

and

o

fina

liza

, se

d

eb

e e

sco

ger

entr

e la

s o

pci

one

s:

Con

la

o

pci

ón

V

iew

O

utp

ut

Fil

e,

se

ab

re

el

arc

hiv

o d

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a c

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resu

ltado

s nu

mé

ricos

.

La

opc

ión

Go

to

Po

st

Pro

ces

sin

g M

od

e,

act

iva

la p

esta

ña

Po

stp

roc

es

sin

g y

pe

sta

ñas

de

dis

eñ

o.

Sta

y i

n M

od

ell

ing

Mo

de

, p

erm

ite p

erm

anec

er

en

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od

o g

en

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ció

n d

el m

ode

lo.

Lo

s re

sulta

dos

de

l a

nális

is e

stru

ctu

ral

se p

ued

en

visu

aliz

ar

de

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a g

ráfic

a o

po

r ta

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s, d

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e e

l m

en

ú R

es

ult

s.

Inm

edia

tam

ente

de

spu

és d

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ecu

tar

el d

iseñ

o,

el

pro

gra

ma

de

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ga

tab

las

con

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resu

ltad

os d

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mis

mo

.

Ver

mo

del

o s

in d

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rmad

a

Ver

car

gas

as

ign

ad

as

V

er d

efo

rma

da

del

mo

del

o

Mo

stra

r fu

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s y

dia

gra

mas

C

he

qu

eo

re

nd

imie

nto

de

pa

nta

lla

V

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iag

ram

a d

e tr

abaj

o v

irtu

al

Co

mp

on

en

tes

ener

gía

acu

mu

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Ver

grá

fic

as d

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res

pu

esta

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urv

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sp

ect

ro s

ísm

ico

G

rafi

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cio

nes

H

isté

resi

s rá

pid

a

Ver

cu

rvas

de

pu

sho

ver

Res

ult

ado

s d

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ró

tula

G

uar

dar

el

no

mb

re m

os

trad

o

Ver

no

mb

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os

tra

do

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er t

ab

las

(Da

tos

de

en

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a y

de

sa

lid

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Ver

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hiv

o d

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Mo

do

po

st p

roce

sam

ien

to

Mo

do

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del

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Des

pla

zam

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tos

N

ud

os

Vig

a

Su

per

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ie

Rea

cci

on

es

An

ima

ció

n

Rep

ort

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Co

ng

ela

r re

sult

ad

os

P

rop

ied

ades

D

iag

ram

as d

e b

arra

s

Map

as

en

bar

ras

M

apa

s

Rec

ort

es

de

pa

ne

l R

eac

cio

nes

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esp

laza

mie

nto

s

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lexi

on

es

Fu

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s

Esf

uer

zos

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esu

ltad

os

de

pla

cas

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ub

iert

as

P

iso

s

Mu

ros

de

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nú

cle

os

D

iag

ram

as p

ara

ed

ific

ios

A

nál

isis

det

alla

do

A

nál

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glo

ba

l A

van

zad

o

An

ális

is d

e es

fuer

zos

74

74

CU

AD

RO

5.4

CO

NT

INU

AC

IÓN

MO

DE

LO

FIN

AL

ED

IFIC

IO L

OA

IZA

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

Mo

de

lo F

inal

V

ista

3D

Mo

de

lo F

inal

V

ista

R

epro

du

cid

a

Mo

de

lo F

inal

V

ista

3D

75

75

CU

AD

RO

5.4

CO

NT

INU

AC

IÓN

MO

DE

LO

FIN

AL

ED

IFIC

IO U

NA

CH

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

Mo

de

lo F

inal

V

ista

3D

Mo

de

lo F

inal

V

ista

R

epro

du

cid

a

Mo

de

lo F

inal

V

ista

3D

76

76

CU

AD

RO

5.4

CO

NT

INU

AC

IÓN

MO

DE

LO

FIN

AL

ED

IFIC

IO P

LU

S I

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

FU

EN

TE

:

ET

AB

S V

ers

ión

15.

0.0, S

TA

AD

.Pro

V8i,

Robo

t S

truct

ura

l Anal

ysis

Pro

fess

iona

l 201

5

ELA

BO

RA

CIÓ

N:

Marí

a J

osé

Ech

everr

ía,

Byr

on

Sunt

axi

Mo

de

lo F

inal

V

ista

3D

Mo

de

lo F

inal

V

ista

R

epro

du

cid

a

Mo

de

lo F

inal

V

ista

3D

77

CAPÍTULO 6

COMPARACIÓN DE RESULTADOS DEL ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

El objetivo principal del proyecto es la comparación de resultados obtenidos del análisis y diseño estructural de los tres edificios en estudio, en los programas ETABS Versión 15.0.0, STAAD.Pro V8i y Robot Structural Analysis Professional 2015, dicha comparación se desarrolla en este capítulo.

Del análisis de las estructuras, se revisa aspectos relevantes como: peso, carga reactiva, cortante basal, períodos fundamentales de vibración, para el caso de sismo se comparan desplazamientos máximos de piso y derivas, tomando como referencia la orientación de los ejes principales dada en el programa Etabs.

Así también, se considera elementos estructurales representativos de cada edificio, de los mismos se revisa los diagramas de esfuerzos obtenidos para la envolvente de combinaciones de carga, se compara los valores máximos, las deflexiones en vigas y viguetas para el caso de carga viva y los desplazamientos en columnas causados por la fuerza lateral sísmica, además, su diseño en cada programa.

78

78

6.1

RE

SU

LT

AD

OS

OB

TE

NID

OS

PA

RA

EL

ED

IFIC

IO L

OA

IZA

6.1.1

ES

TR

UC

TU

RA

GL

OB

AL

CU

AD

RO

6.1

RE

SU

LTA

DO

S G

EN

ER

AL

ES

DE

L E

DIF

ICIO

LO

AIZ

A

DE

SC

AR

GA

S A

NIV

EL

BA

SE

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

Peso

de la

est

ruct

ura

= 1

50

8,9

5 [

T ]

C

arg

a R

eac

tiva =

14

23,2

1 [

T ]

Cort

ante

Basa

l = 2

68

,99

[

T ]

Peso

de la

est

ruct

ura

= 1

49

7,8

4 [

T ]

C

arg

a R

eac

tiva =

14

23,2

1 [

T ]

Cort

ante

Basa

l = 2

68

,99

[

T ]

Peso

de la

est

ruct

ura

= 1

52

2,2

5 [

T ]

C

arg

a R

eac

tiva =

14

23,2

1 [

T ]

Cort

ante

Basa

l = 2

68

,99

[

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L D

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ón

15.

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TA

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RU

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AL

20

15

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odo

fund

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ent

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0,3

3 [

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Perí

odo

fund

am

ent

al =

0,3

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]

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odo

fund

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0,3

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s ]

79

79

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AD

RO

6.1

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INU

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SP

LA

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MIE

NT

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LT

IMO

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N D

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15

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m ]

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l. M

ax =

13

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m ]

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m ]

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80

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RO

6.1

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20

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6.1

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M

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M

R*Δ

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0682

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2 3,0

5 0,0

0131

0,0

0688

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3,8

2 3,0

5 0,0

0105

0,0

0553

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0091

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máx

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NE

C15

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83

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.Pro

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l Anal

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5

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LV

EN

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S

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RU

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= 1

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ax

= 1

3,9

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= 1

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6.3

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ax =

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ax =

2,9

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AB

S V

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:

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S V

ers

ión

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0.0, S

TA

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.Pro

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Robo

t S

truct

ura

l Anal

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Pro

fess

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5

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Marí

a J

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Ech

everr

ía,

Byr

on

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87

87

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6.4

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RA

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S V

ersi

ón

15.

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= 1

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= 1

26,7

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VO

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EN

TE

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15.

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= 1

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= 1

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15

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ax =

0,2

1 [

mm

]

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ax =

0,2

8 [

mm

]

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0,2

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mm

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89

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6.4

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s ]

Perí

odo

fund

am

ent

al =

0,9

2 [

s ]

91

91

CU

AD

RO

6.5

CO

NT

INU

AC

IÓN

DE

SP

LA

ZA

MIE

NT

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ÁX

IMO

DE

L Ú

LT

IMO

PIS

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N D

IRE

CC

IÓN

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SIS

MO

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AB

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ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

Desp

l. M

ax =

76

,71

[ m

m ]

Desp

l. M

ax =

61

,79

[ m

m ]

Desp

l. M

ax =

56

,05

[ m

m ]

92

92

CU

AD

RO

6.5

CO

NT

INU

AC

IÓN

DE

SP

LA

ZA

MIE

NT

O M

ÁX

IMO

DE

L Ú

LT

IMO

PIS

O E

N D

IRE

CC

IÓN

Y (

SIS

MO

EN

Y)

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

Desp

l. M

ax =

35

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[ m

m ]

Desp

l. M

ax =

25

,00

[ m

m ]

Desp

l. M

ax =

23

,53

[ m

m ]

93

93

CU

AD

RO

6.5

CO

NT

INU

AC

IÓN

DE

RIV

AS

DE

PIS

O E

N P

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TIC

O “

1”-

DIR

EC

CIÓ

N X

(S

ISM

O E

N X

)

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

Deriv

a m

áxi

ma in

elá

stic

a =

0,0

1735

Pis

o

Des

pl.

M

ax e

n X

[

mm

]

Alt

ura

d

e p

iso

[ m

]

ΔE

Δ

M

R*Δ

E*0

.75

Séptim

o 75,9

3 3,7

4 0,0

0319

0,0

1675

Sext

o 64,0

0 3,7

4 0,0

0328

0,0

1722

Quin

to

51,7

3 3,7

4 0,0

0330

0,0

1735

Cuart

o 39,3

7 3,7

4 0,0

0320

0,0

1681

Terc

ero

27,4

0 3,7

4 0,0

0291

0,0

1529

Segundo

16,5

1 3,7

4 0,0

0239

0,0

1255

Prim

ero

7,5

7 3,7

4 0,0

0202

0,0

1062

ΔM

máx

ima

pe

rmis

ible

NE

C15

= 0

,02

Deriv

a m

áxi

ma in

elá

stic

a =

0,0

1358

Pis

o

Des

pl.

M

ax e

n X

[

mm

]

Alt

ura

d

e p

iso

[ m

]

ΔE

Δ

M

R*Δ

E*0

.75

Séptim

o 61,5

7 3,7

4 0,0

0248

0,0

1302

Sext

o 52,2

9 3,7

4 0,0

0257

0,0

1348

Quin

to

42,6

9 3,7

4 0,0

0259

0,0

1358

Cuart

o 33,0

2 3,7

4 0,0

0252

0,0

1322

Terc

ero

23,6

0 3,7

4 0,0

0232

0,0

1217

Segundo

14,9

3 3,7

4 0,0

0197

0,0

1033

Prim

ero

7,5

8 3,7

4 0,0

0203

0,0

1063

ΔM

máx

ima

pe

rmis

ible

NE

C15

= 0

,02

Deriv

a m

áxi

ma in

elá

stic

a =

0,0

1240

Pis

o

Des

pl.

M

ax e

n X

[ m

m ]

Alt

ura

d

e p

iso

[ m

]

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Δ

M

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o 55,8

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4 0,0

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1187

Sext

o 47,4

2 3,7

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0234

0,0

1228

Quin

to

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7 3,7

4 0,0

0236

0,0

1240

Cuart

o 29,8

4 3,7

4 0,0

0230

0,0

1207

Terc

ero

21,2

4 3,7

4 0,0

0211

0,0

1110

Seg

undo

13,3

3 3,7

4 0,0

0178

0,0

093

5

Prim

ero

6,6

7 3,7

4 0,0

0178

0,0

0936

ΔM

máx

ima

pe

rmis

ible

NE

C15

= 0

,02

94

94

CU

AD

RO

6.5

CO

NT

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S

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R

OB

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ST

RU

CT

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AL

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15

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a m

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0,0

0819

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o

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M

ax e

n

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d

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Δ

M

R*Δ

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o 34,4

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4 0,0

0154

0,0

0811

Sext

o 28,6

6 3,7

4 0,0

0156

0,0

0819

Quin

to

22,8

3 3,7

4 0,0

0153

0,0

0804

Cuart

o 17,1

0 3,7

4 0,0

0144

0,0

0757

Terc

ero

11,7

0 3,7

4 0,0

0127

0,0

0668

Seg

und

o 6,9

4 3,7

4 0,0

0101

0,0

0532

Prim

ero

3,1

6 3,7

4 0,0

0084

0,0

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ΔM

máx

ima

pe

rmis

ible

NE

C15

= 0

,02

Deriv

a m

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0,0

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M

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n

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d

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[ m

]

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M

R*Δ

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.75

Séptim

o 24,9

4 3,7

4 0,0

0105

0,0

0553

Sext

o 21,0

0 3,7

4 0,0

0107

0,0

0563

Quin

to

16,9

9 3,7

4 0,0

0106

0,0

0559

Cuart

o 13,0

1 3,7

4 0,0

0102

0,0

0534

Terc

ero

9,2

1 3,7

4 0,0

0092

0,0

0483

Segund

o

5,7

7 3,7

4 0,0

0077

0,0

0402

Prim

ero

2,9

1 3,7

4 0,0

0078

0,0

0408

ΔM

máx

ima

pe

rmis

ible

NE

C15

= 0

,02

Deriv

a m

áxi

ma in

elá

stic

a =

0,0

0535

Pis

o

Des

pl.

M

ax e

n Y

[

mm

]

Alt

ura

d

e p

iso

[ m

]

ΔE

Δ

M

R*Δ

E*0

.75

Séptim

o 23,4

7 3,7

4 0,0

0100

0,0

0524

Sext

o 19,7

3 3,7

4 0,0

0102

0,0

0535

Quin

to

15,9

2 3,7

4 0,0

0101

0,0

0531

Cuart

o 12,1

4 3,7

4 0,0

0096

0,0

0506

Terc

ero

8,5

4 3,7

4 0,0

008

7 0,0

0455

Segundo

5,3

0 3,7

4 0,0

0072

0,0

0376

Prim

ero

2,6

2 3,7

4 0,0

0070

0,0

0368

ΔM

máx

ima

pe

rmis

ible

NE

C15

= 0

,02

FU

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:

ET

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S V

ers

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15.

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TA

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.Pro

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Robo

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truct

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l Anal

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l 201

5

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on

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95

95

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EM

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RO

6.6

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RE

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AB

S V

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15.

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R

OB

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RU

CT

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AL

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= 5

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ax

= 5

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Mm

ax

= 5

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-m ]

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NV

OL

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1.2D

+ 1

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)

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

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RU

CT

UR

AL

20

15

Vm

ax

= 4

,49

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]

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ax

= 4

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]

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ax

= 4

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96

96

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AD

RO

6.6

CO

NT

INU

AC

IÓN

DE

FL

EX

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GA

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ón

15.

0.0

S

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R

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ST

RU

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AL

20

15

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ax =

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]

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EN

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:

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AB

S V

ers

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15.

0.0, S

TA

AD

.Pro

V8i,

Robo

t S

truct

ura

l Anal

ysis

Pro

fess

iona

l 201

5

ELA

BO

RA

CIÓ

N:

Marí

a J

osé

Ech

everr

ía,

Byr

on

Sunt

axi

97

97

CU

AD

RO

6.7

RE

SU

LTA

DO

S V

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INC

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L D

EL

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JE B

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E E

JES

1 –

2

MO

ME

NT

O F

LE

XIO

NA

NT

E (

EN

VO

LV

EN

TE

: 1.

2D +

1.6

L)

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

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ax

= 2

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CO

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TE

(E

NV

OL

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1.2D

+ 1

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ET

AB

S V

ersi

ón

15.

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S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

Vm

ax

= 1

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Vm

ax

= 1

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T ]

Vm

ax

= 1

6,4

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T ]

98

98

CU

AD

RO

6.7

CO

NT

INU

AC

IÓN

DE

FL

EX

IÓN

(C

AR

GA

VIV

A:

L)

ET

AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

δm

ax =

4,2

1 [

mm

]

δm

ax =

4,2

5 [

mm

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δm

ax =

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mm

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DIS

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NV

OL

VE

NT

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+ 1

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AB

S V

ersi

ón

15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

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ST

RU

CT

UR

AL

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15

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and

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-m ]

D

em

and

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dad

= 0

,86

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= 2

1,9

9 [ T

-m ]

ȈM

n =

25,

49

[ T

-m ]

FU

EN

TE

:

ET

AB

S V

ers

ión

15.

0.0, S

TA

AD

.Pro

V8i,

Robo

t S

truct

ura

l Anal

ysis

Pro

fess

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l 20

15

ELA

BO

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CIÓ

N:

Marí

a J

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Ech

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Byr

on

Sunt

axi

99

99

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6.8

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CT

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ME

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S V

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ax =

2,9

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mm

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ax =

2,8

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ax =

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6.8

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l 201

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C

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a R

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22

75,1

4 [

T ]

Cort

ante

Basa

l = 2

82

,11

[ T

]

Peso

de la

est

ruct

ura

= 4

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2 [

T ]

C

arg

a R

eac

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22

75,1

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Cort

ante

Basa

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82

,11

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10

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1559

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2 3,1

0 0,0

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0,0

1924

Séptim

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0370

0,0

1944

Sext

o 63,0

8 3,1

0 0,0

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1934

Quin

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6 3,1

0 0,0

0359

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1883

Cuart

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0 0,0

0339

0,0

1780

Terc

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3 3,1

0 0,0

0307

0,0

1613

Segundo

20,5

1 3,1

0 0,0

0265

0,0

1389

Prim

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12,3

1 3,1

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0,0

1447

ΔM

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1562

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98,3

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0 0,0

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1598

Oct

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6 3,1

0 0,0

0307

0,0

1611

Séptim

o 79,4

4 3,1

0 0,0

0309

0,0

1620

Sext

o 69,8

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1614

Quin

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1589

Cuart

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1541

Terc

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41,8

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0 0,0

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0,0

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Segundo

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2 3,1

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0260

0,0

1365

Prim

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6 3,1

0 0,0

0267

0,0

1403

ΔM

máx

ima

pe

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= 0

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Nov

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95,0

5 3,1

0 0,0

0292

0,0

1535

Oct

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85,9

9 3,1

0 0,0

0295

0,0

1548

Séptim

o 76,8

4 3,1

0 0,0

0297

0,0

1559

Sext

o 67,6

4 3,1

0 0,0

0296

0,0

1555

Quin

to

58,4

6 3,1

0 0,0

0292

0,0

1534

Cuart

o 49,4

0 3,1

0 0,0

0284

0,0

1490

Terc

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40,6

0 3,1

0 0,0

0270

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1418

Segundo

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0 0,0

0253

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1328

Prim

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24,3

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0243

0,0

1276

ΔM

máx

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1847

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1695

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Séptim

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Segundo

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Prim

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1847

Cuart

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Prim

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Quin

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1695

Cuart

o 38,0

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1661

Terc

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Segundo

19,1

3 3,1

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0251

0,0

1316

Prim

ero

11,3

6 3,1

0 0,0

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1.2D

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Y)

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V8i

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15

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paci

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,89

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64,4

9 [ T

-m ]

ȈM

n =

69,3

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D

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a/ca

paci

dad

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,86

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u =

429,

88 k

ip f

eet

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9,4

2 [ T

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Ȉ

Mn =

501,

6 k

ip f

eet

= 6

9,3

4 [ T

-m ]

D

em

and

a/ca

paci

da

d =

0,8

5

Mu

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9,1

2 [ T

-m ]

ȈM

n =

69,

35

[ T

-m ]

FU

EN

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:

ET

AB

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ión

15.

0.0, S

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AD

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V8i,

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Pro

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l 201

5

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BO

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Byr

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Sunt

axi

11

3

11

3

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AD

RO

6.1

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MN

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S

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AD

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V8i

R

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ST

RU

CT

UR

AL

20

15

Am

ax

= 1

40,4

6 [ T

]

Am

ax

= 1

53,2

4 [ T

]

Am

ax

= 1

51,9

1 [ T

]

MO

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NT

O F

LE

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E (

EN

VO

LV

EN

TE

1.2

D +

L -

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15.

0.0

S

TA

AD

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V8i

R

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RU

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UR

AL

20

15

Mm

ax

= 3

0,6

0 [ T

-m ]

Mm

ax

= 2

9,2

3 [ T

-m ]

Mm

ax

= 3

0,6

6 [ T

-m ]

11

4

11

4

CU

AD

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6.1

2 C

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N

FU

ER

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(E

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15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

Vm

ax

= 1

9,1

7 [ T

]

Vm

ax

= 1

8,6

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]

Vm

ax

= 1

9,6

0 [ T

]

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S V

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15.

0.0

S

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AD

.Pro

V8i

R

OB

OT

ST

RU

CT

UR

AL

20

15

δm

ax =

47,2

6 [ m

m ]

δm

ax =

47,9

7 [ m

m ]

δm

ax =

45,0

0 [ m

m ]

11

5

11

5

CU

AD

RO

6.1

2 C

ON

TIN

UA

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AB

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15.

0.0

S

TA

AD

.Pro

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R

OB

OT

ST

RU

CT

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AL

20

15

D

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and

a/ca

paci

dad

= 0

,46

M

u =

11,

90

[ T

-m ]

ȈM

n =

124,

74

[ T

-m ]

P

u =

13

8,4

9 [ T

]

ȈP

n =

669

,47 [

T ]

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iseña

co

lum

nas

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pues

tas

No d

iseña

co

lum

nas

com

pues

tas

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AB

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15.

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AD

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V8i,

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l Anal

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Pro

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iona

l 201

5

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BO

RA

CIÓ

N:

Marí

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Ech

everr

ía,

Byr

on

Sunt

axi

116

6.4 RESUMEN DE RESULTADOS

El siguiente cuadro resumen muestra la diferencia en porcentaje de los valores obtenidos para los parámetros más importantes de los edificios estudiados, en los programas STAAD.Pro y Robot Structural respecto al Etabs.

CUADRO 6.13 RESUMEN DE RESULTADOS

Parámetro Unidad

LOAIZA UNACH PLUS I

ETABS STAAD.Pro

V8i Robot

Structural ETABS

STAAD.Pro V8i

Robot Structural

ETABS STAAD.Pro

V8i Robot

Structural

Descargas a nivel base

Peso de la estructura T 1508,95 1497,84 1522,25 4469,87 4664,62 4501,13 4844,61 4681,74 4555,42

0,74% 0,88% 4,36% 0,70% 3,36% 5,97%

Período de vibración

Primer Modo s 0,33 0,35 0,32 1,05 0,92 0,92 1,31 1,37 1,38

6,06% 3,03% 12,38% 12,38% 4,58% 5,34%

Despl. Max del último piso

En dirección X mm 12,77 13,01 11,15 76,71 61,79 56,05 110,04 107,58 103,92

1,88% 12,69% 19,45% 26,93% 2,24% 5,56%

En dirección Y mm 4,66 4,41 3,75 35,08 25,00 23,53 106,79 100,76 92,74

5,36% 19,53% 28,73% 32,92% 5,65% 13,16%

Deriva Max inelástica

En dirección X - 0,00688 0,00699 0,00613 0,01735 0,01358 0,0124 0,01944 0,01620 0,01559

1,60% 10,90% 21,73% 28,53% 16,67% 19,80%

En dirección Y - 0,00277 0,00246 0,00214 0,00819 0,00573 0,00535 0,02086 0,01847 0,01695

11,19% 22,74% 30,04% 34,68% 11,46% 18,74%

Vigueta

Momento flexionante T-m 5,04 5,06 5,10 5,54 5,61 5,62 6,6 6,67 6,43

0,40% 1,19% 1,26% 1,44% 1,06% 2,58%

Deflexión mm 7,83 7,14 7,05 7,51 7,82 7,42 9,26 9,17 8,5

8,81% 9,96% 4,13% 1,20% 0,97% 8,21%

Viga

Momento flexionante T-m 19,63 17,86 18,40 22,36 21,81 21,99 64,49 59,42 59,12

9,02% 6,27% 2,46% 1,65% 7,86% 8,33%

Deflexión mm 2,95 2,97 2,51 4,21 4,25 3,67 4,25 4,76 4,33

0,68% 14,92% 0,95% 12,83% 12,00% 1,88%

Diseño (Demanda/Capacidad)

-

0,90 0,81 0,84 0,88 0,86 0,86 0,89 0,86 0,85

10,00% 6,67% 2,27% 2,27% 3,37% 4,49%

Columna

Fuerza axial T 124,75 126,36 126,79 223,29 222,77 240,40 140,46 153,24 151,91

1,29% 1,64% 0,23% 7,66% 9,10% 8,15%

Deflexión mm 0,21 0,28 0,21 2,99 2,89 2,61 47,26 47,97 45,00

33,33% 0,00% 3,34% 12,71% 1,50% 4,78%

Diseño (Demanda/Capacidad)

-

0,93 No diseña columnas

compuestas

No diseña columnas

compuestas


compuestas

No diseña columnas

compuestas


compuestas

No diseña columnas

compuestas

FUENTE:

ETABS Versión 15.0.0, STAAD.Pro V8i, Robot Structural Analysis Professional 2015

ELABORACIÓN:

María José Echeverría, Byron Suntaxi

117

FIGURA 6.1 CURVA FUERZA LATERAL Vs DESPLAZAMIENTO MÁXIMO EN

DIRECCIÓN X

FIGURA 6.2 CURVA FUERZA LATERAL Vs DESPLAZAMIENTO MÁXIMO EN

DIRECCIÓN Y

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

0,0 50,0 100,0

Ft

[ T

]

Δ Max en X [ mm ]

Ft vs ΔMax en X

ETABS-LOAIZA STAAD.PRO-LOAIZA ROBOT-LOAIZA

ETABS-UNACH STAAD.PRO-UNACH ROBOT-UNACH

ETABS-PLUS I STAAD.PRO-PLUS I ROBOT-PLUS I

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

0,0 50,0 100,0

Ft

[ T

]

Δ Max en Y [ mm ]

Ft vs ΔMax en Y




118

FIGURA 6.3 CURVA CORTE BASAL Vs DESPLAZAMIENTO MÁXIMO EN

DIRECCIÓN X

FIGURA 6.4 CURVA CORTE BASAL Vs DESPLAZAMIENTO MÁXIMO EN

DIRECCIÓN Y

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

0,0 50,0 100,0

V [

T ]

Δ Max en Y [ mm ]

V vs ΔMax en Y




0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

0,0 50,0 100,0

V [

T ]

Δ Max en X [ mm ]

V vs ΔMax en X




119

CAPÍTULO 7

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PROGRAMAS

ETABS, STAAD.PRO Y ROBOT STRUCTURAL

7.1 ETABS VERSIÓN 15.0.0

7.1.1 VENTAJAS

· Integra una amplia base de datos de tipos de materiales como: acero, hormigón, aluminio, etc., así también, de perfiles de acero estándar usados en diferentes regiones del mundo.

· Permite definir secciones compuestas en acero y hormigón.

· Posibilita definir las propiedades geométricas y mecánicas de la lámina Deck y del hormigón sobre ella.

· Durante el trazado de elementos, sean líneas o superficies, el programa despliega una ventana, donde permite elegir previamente las propiedades con que se crearán.

· El cortante basal del edificio puede calcularse ingresando directamente los coeficientes: C (porcentaje de cortante basal) y k (coeficiente de corrección), obtenidos con la NEC15.

· Se puede representar las aberturas existentes en la losa, como ductos para ascensores, escaleras e instalaciones.

· Realiza el diseño de elementos de sección compuesta como columnas y vigas, este último únicamente para momento positivo.

120

7.1.2 DESVENTAJAS

· No incorpora la norma ecuatoriana de la construcción para el análisis sísmico estático lineal.

· No permite el diseño de vigas compuestas para momento negativo.

· Para el caso de esfuerzos negativos, el programa no considera los valores absolutos para mostrarlos como esfuerzos máximos.

7.2 7.2 STAAD.PRO V8I

7.2.1 VENTAJAS

· Permite asignar la carga de piso directamente a vigas y viguetas que se encuentren en la misma coordenada en elevación, sin la necesidad de agregar previamente una superficie.

· Cuenta con la herramienta Edit Input Command File que permite al usuario

acceder al archivo que contiene los datos con los que se generó el modelo, como material, secciones, cargas, etc., pudiendo modificarlos rápidamente en caso de necesitarlo.

· Durante el modelado STAAD.Pro cuenta con una interfaz similar al Excel, donde permite agregar nudos y elementos especificando las coordenadas o nudos de inicio y final, según corresponda.

7.2.2 DESVENTAJAS

· Su limitada base de datos de materiales incorpora un solo tipo para acero, concreto y aluminio, cuyas características no se ajustan a los comúnmente usados en nuestro medio.

· No es posible definir secciones compuestas de acero y hormigón, para representar las columnas compuestas es necesario usar una sección equivalente en acero con la misma rigidez y peso que la sección original, el procedimiento se muestra en ANEXOS.

121

· No faculta definir a detalle las dimensiones de la lámina Deck indicadas en el catálogo provisto por el fabricante.

· Los elementos estructurales como vigas, columnas y muros se trazan sin propiedades, estas se deben asignar posteriormente al proceso.

· Para el análisis sísmico estático no incluye el código ecuatoriano de la construcción, ni la opción de introducir coeficientes calculados con la NEC 15.

· No permite representar aberturas existentes en las losas.

· No permite el diseño de elementos de sección compuesta.

· No existe la posibilidad de definir el nivel del suelo, impidiendo que el programa reconozca los subsuelos de la edificación.

· No cuenta con los requerimientos sísmicos que provee el AISC 341-10.

· No considera la unión e interacción de elementos muro - viga.

7.3 7.3 ROBOT STRUCTURAL ANALYSIS PROFESSIONAL 2015

7.3.1 VENTAJAS

· Contiene una extensa base de datos de materiales para acero, hormigón, aluminio y madera, además, perfiles de acero usados en diferentes regiones del mundo.

· Existe la opción de escoger previamente la sección y material con que se

realizará el trazado de los elementos estructurales.

· Permite representar las aberturas que existen en las losas.

122

7.3.2 DESVENTAJAS

· No es posible definir secciones compuestas de acero y hormigón, para representar las columnas compuestas es necesario usar una sección equivalente en acero con la misma rigidez y peso que la sección original, el procedimiento se muestra en ANEXOS.

· No permite definir a detalle las propiedades de la cubierta tipo Deck.

· No incorpora el código ecuatoriano de la construcción para el análisis sísimico.

· No permite definir envolventes de combinaciones de carga.

· No permite el diseño de elementos de sección compuesta.

123

CAPÍTULO 8

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

8.1 CONCLUSIONES

Finalizando el estudio en el cual se llevó acabo el modelado, análisis, diseño y comparación de resultados para los edificios Loaiza, UNACH y Plus I, en los programas Etabs, STAAD.Pro y Robot Structural, se exponen las siguientes conclusiones:

· Uno de los parámetros a comparar fue el peso total de la estructura, se obtiene que la variación entre un programa y otro para los tres edificios es mínima, menos del 1% para el edificio Loaiza, presentando su mayor diferencia en el edificio Plus I entre el programa Etabs y Robot Structural con un margen de error del 5,97%.

Las consideraciones que tienen como consecuencia los diferentes valores de este parámetro en los programas utilizados son: la utilización de una carga de piso que reemplaza el peso propio de la losa Deck; en Etabs las propiedades geométricas como mecánicas de la losa Deck fueron fácilmente definidas, tanto para STAAD.Pro como Robot Structural esto no es posible, por otro lado, el programa STAAD.Pro no considera los ductos en la losa, por tanto en estos se genera una carga adicional, además influye la manera como los programas distribuyen el peso de la estructura y las cargas aplicadas.

· La carga reactiva y el cortante basal no presentan variaciones para un mismo edificio en los diferentes programas, esto debido a que la aplicación de fuerzas laterales se dio de forma manual, los programas no intervinieron en su cálculo ni distribución.

· Con respecto al período fundamental del edificio, cuyo valor depende únicamente de las propiedades intrínsecas o propias de la estructura, como masa y rigidez del edificio, la mayor diferencia se presentó para el edifico UNACH, con un 12,38% del Staad.Pro y Robot Structural, respecto al Etabs, la diferencia entre los valores son consecuencia de la forma en cada programa considera las variables mencionadas.

124

La rigidez es diferente debido a que los programas STAAD.Pro y Robot Structural no permiten crear columnas de sección compuesta, por tanto se definieron secciones prismáticas equivalentes en acero como se indica en ANEXOS, con similar rigidez y peso, a pesar de ello, la rigidez no es exactamente igual a la de las secciones compuestas definidas en el Etabs, aunque la diferencia es mínima como se comprueba en el anexo, influye de manera considerable conforme aumenta la altura del edificio, por otro lado, al no definir las secciones de la losa Deck en STAAD.Pro y Robot Structural, se reduce la rigidez de los edificios respecto a los modelados en Etabs, donde si fue posible definir las losas.

La masa presenta variaciones por las mismas consideraciones que se mencionaron respecto al peso total de la estructura.

· La mayor diferencia de desplazamientos máximos y derivas máximas inelásticas se presentó para el edificio UNACH con un 34,68% en derivas debido al sismo en dirección “Y”, entre el programa Robot Structural y Etabs, y se debe a la rigidez del piso que cada programa considera; diferente para cada uno, también a las secciones equivalentes usadas, a la modelación o no de las losas Deck y la consideración de una rigidez mayor para los subsuelos respecto al resto del edificio, la cual solo se da en el programa Etabs.

Otro aspecto que influye en la variación de desplazamientos y derivas, es la excentricidad accidental considerada en la distribución horizontal del cortante; el programa Etabs permite definir el valor de excentricidad de ± 5%, conforme a la NEC15, en STAAD.Pro y Robot Structural la definición de excentricidad no fue posible y las fuerzas laterales fueron aplicadas directamente en el centro de masa de cada nivel.

· Los valores de esfuerzos en los elementos estructurales horizontales presentan variaciones mínimas, no así en las columnas, presentando su mayor variación en el edificio UNACH, de 29,35% para momento flexionante

obtenido en Robot Structural respecto al Etabs, debido a la forma en que cada programa distribuye la carga, a las secciones equivalentes usadas para columnas en los programas STAAD.Pro y Robot Structural, la definición de la torsión accidental, razones explicadas anteriormente.

· La comparación de los resultados del diseño de elementos solo fue posible para las secciones de acero en vigas principales, puesto que viguetas y

125

columnas son secciones compuestas y los programas Staad.Pro y Robot Structural no permiten diseñar este tipo de secciones.

En la comparación de diseño de vigas, la de capacidad de los elementos es exactamente la misma en los tres programas, debido a que usan el mismo código AISC 360-10, la relación demanda / capacidad o ratio, varía de manera insignificante y esa pequeña variación se da por los distintos valores de demanda que cada programa presenta.

· Los resultados del estudio realizado, deberían ser los mismos, considerando que los programas se basan en métodos de análisis como por ejemplo el de

la rigidez, a pesar de ello, si los resultados varían de un programa a otro, es porque existen parámetros, consideraciones, condiciones de entorno, limitaciones, herramientas, etc., propios de cada paquete.

8.2 RECOMENDACIONES

Una vez concluida la investigación se plantean las siguientes recomendaciones:

· La elección del software para análisis y diseño de una estructura, debe realizarse considerando el conocimiento y manejo que se tenga del mismo, además de las necesidades del usuario, pues no todos los programas cuentan con las mismas herramientas, códigos de análisis y diseño, como ocurre con los programas usados para el proyecto, ninguno de ellos integra la Norma Ecuatoriana de la Construcción para el análisis sísmico estático, a pesar de ello el programa Etabs, permite ingresar manualmente los coeficientes calculados con la misma, por otro lado, el STAAD.Pro, no cuenta con el código de diseño AISC 341–10, por lo cual no se puede verificar que la estructura cumpla con requerimientos sísmicos.

· La variación de los resultados de derivas y desplazamientos de piso, período

fundamental del edificio, se presentan por el parámetro rigidez, el cual se ve afectado al no modelar las losas Deck en todos los programas, se recomienda por esta razón, modelarlas siempre que sea posible, y si no, considerar una sección equivalente con las mismas propiedades mecánicas.

· Realizar un buen predimensionamiento de elementos estructurales, para reducir el número de modificaciones que se harán a los modelos en el futuro,

126

mientras más cercano sea el prediseño al diseño final menor cantidad de correcciones serán necesarias.

· Interpretar los resultados con criterio ingenieril, no asumirlos como ciertos sin un previo análisis.

· Para la modelación de edificios se recomienda considerar nudos rígidos, de esta manera se reducen los valores de fuerzas internas en los elementos, se pueden reducir las secciones de los elementos, lograr un diseño óptimo.

· Se recomienda considerar a las vigas y viguetas como elementos continuos, no simplemente apoyados, así se reducen sus fuerzas internas, se pueden reducir las secciones y con ello los costos.

127

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

· American Institute of Steel Construction, (2010), Specification for Structural Steel Buildings. Chicago, Illinois.

· Argüelles R, Arriaga F, Argüelles J, José Atienza, (2005), Estructuras de Acero. Cálculo. 2da Edición, Madrid, Bellisco.

· Armenta J, Mendoza E y A Ramírez, (2007), Análisis Comparativo (Staad Pro 2006 vs Etabs V.9.0) de superestructura para diseño de edificios de 8 niveles con columnas de sección compuesta y trabes metálicas ubicado en la zona IIIa según RCDF 2004. Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura Unidad Zacatenco, México D.F.

· Buen López O., (2004), Diseño de Estructuras de Acero Construcción Compuesta. México D.F., Fundación ICA.

· Carabela J, (2013), Comparación de la modelación, análisis y diseño de estructuras entre los programas Sap2000, Etabs, Staad.Pro Y Robot, Universidad Nacional Autónomas de México, México D.F.

· Guerra M, (2015), Diseño sismo resistente de edificios de acero utilizando ETABS y NEC 2015, Quito, Ecuador.

· Kubiec - Conduit, (s.f.), Catalogo “Kubilosa”. Quito, Ecuador.

· Norma Ecuatoriana de la Construcción, (2015).

· Tisalema M, (2004), Diseño estructural de un edificio de 15 pisos de estructuras metálicas con aplicación del programa SAP 2000 aplicando el método LRFD. Escuela Superior Politécnica del Litoral, Guayaquil, Ecuador.

· Zertuche A, Rafael Hernández, (2014), Manual de Staad.Pro V8i, Instituto Tecnológico de Nuevo Laredo, Tamaulipas, México.

128

ANEXOS

129

DEFINICIÓN DE SECCIÓN EQUIVALENTE PARA COLUMNA Y COMPARACIÓN DE DESPLAZAMIENTOS

Ejemplo de cálculo:

Dimensiones de la sección:

h: 40 cm e: 0.8 cm b: 30 cm L: 300 cm

Propiedades de los materiales:

Es = 2043000 [ kg/cm2 ] ɣh = 2.40 [ T/m3 ] Ec = 209141 [ kg/cm2 ] ɣs = 7.82 [ T/m3 ]

Cálculo del área de acero y hormigón:

As = 40!x!0bN!x!2 + (30 h 2!x!0bN)!x!0bN!x!2

As!=!109.4![cm2]!

Ac = (40 h 2!x!0bN)!x!(30 h 2!x!0bN) Ac!=!1090.6![cm2]

130

Definición de momentos de inercia para el perfil metálico y sección de hormigón:

Wsx = !30!x!40\

12 h!(30 h 2!x!0bN)(40 h 2!x!0bN)\

12

Isx!=!25992![cm4]!

Wsy = !40!x!30\

12 h!(40 h 2!x!0bN)(30 h 2!x!0bN)\

12

Isy!=!16700![cm4]!

Wcx = ! (30 h 2!x!0bN)(40 h 2!x!0bN)\

12

Icx!=!134008![cm4]!

Wcy = ! (40 h 2!x!0bN)(30 h 2!x!0bN)\

12

Icy!=!73300![cm4]!

Coeficiente C3, para el cálculo de la rigidez efectiva de miembros compuestos rellenos en compresión:

C\ = !0bL + 2!x! ] A/A8 +!A/^ !J 0b9!

C\ = !0bL + 2!x! ] 109b4109b4! + 1090bL!^ !J 0b9!

C3!=!0.782!

La rigidez efectiva de una sección compuesta, EIeff, debe ser:

EWUXX =!E/W/ +!E/W/; +!C\E8W8!EWUXX-- = 2043000!x!25992 + 0bTN2!x!209141!x!13400N!=!7.50!E+10![Kg!-!cm2]!

EWUXX** = 2043000!x!1LT00! + 0bTN2!x!209141!x!T3300!=!4.61!E+10![Kg!-!cm2]!

!

131

La inercia efectiva viene dado por:

WUXX-- =!EWUXX--E/ !

WUXX-- =!Tb50!E + 102043000 !

Ieffxx!=!36725![cm4]!

WUXX** =!EWUXX**E/ !

WUXX-- =!4bL1!E + 102043000 !

Ieffyy!=!22571![cm4]!

!

Se definirá un área equivalente en acero, la misma que tendrá el mismo peso por metro de longitud que la sección compuesta:

Aiqv = P/U88jó&!8.k'`U/lmo/ !

Aiqv = opA81r +!o/A/1ro/ !

Aiqv = 0b00240!x!1090bL + 0b00TN5!x!109b40b00TN5 !

Aeqv!=!443![cm2]!

La ecuación para determinar el desplazamiento en el extremo de la columna debido a la aplicación de una carga puntual viene dada por:

t = !P[\

3EW!

t = ! 15000!x!300\

3!x!Tb50!E + 10!

t!=!1bN![cm]!

132

Desplazamiento de la columna calculado por Etabs

t!=!1bL9![cm]!Desplazamiento de la columna calculado por Staad.Pro

t!=!1bT9![cm]!Desplazamiento de la columna calculado por Robot Structural

t!=!1bT9![cm]!

DESPLAZAMIENTO CÁLCULO MANUAL

ETABS STAAD.PRO ROBOT

STRUCTURAL Δ (mm) 18,0 16,9 17,9 17,9

Nota: En los programas STAAD.Pro y Robot Structural, no es posible la definición de columnas de sección compuesta, por lo cual se procede a crear columnas equivalentes en acero de sección prismática, indicando en los programas sus propiedades mecánicas, con el fin de obtener resultados muy similares al ETABS, donde definir secciones compuestas es posible.

capítulo 7 ventajas y desventajas de los programas etabs, staad.pro

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