UNEFA ESTADO APURE ENERO 2014

ING LUIS CONTRERAS

(SAP2000) Software Integrated for Structural Analysis & Design

SAP2000 es un programa desarrollado por la empresa CSI, Computer and

Structures, Inc. En Berkeley, California, EEUU. Se presenta en varias versiones

(Standard, Plusy Advance)

Desde hace más de 30 años ha estado en continuo desarrollo, para brindarle al

ingeniero una herramienta confiable, sofisticada y fácil de usar sobre la base de

una poderosa e intuitiva interfaz gráfica con procedimientos de modelaje, análisis y

diseño estructural a la vanguardia a nivel mundial.

En relación a la creación de modelos SAP2000 cuenta con una serie de plantillas

predeterminadas que permiten generar la geometría de los mismos de forma rápida y

eficiente. Por otra parte, maneja un sistema espacial de líneas de referencia (Grid Lines)

asociadas a un determinado sistema de coordenadas (cartesiano o cilíndrico), que sirven de

guía para establecer cada uno de los elementos que conforman el modelo.

SAP2000 determina a través del método de elementos finitos la respuesta en términos de

fuerzas, esfuerzos y deformadas en los elementos de área y sólidos, presentando una salida

gráfica y por tablas, haciéndolo la herramienta predilecta para ingenieros estructurales

dedicados a la investigación, desarrollo de proyectos y construcción.

En el presente curso desarrollaremos el cálculo de un galpón Industrial, aplicando la Norma

Venezolana COVENIN 2003-89, en lo que respecta a acciones de viento sobre las construcciones

en general, se desarrollara el modelo grafico de las acciones a Barlovento y sotavento sobre el

modelo de galpón a calcular, haremos el análisis y diseño de los perfiles o elementos estructurales

que conformaran dicha estructura, aplicando la norma LRFD99 cuyo fundamento teórico se basa

en la incursión en el rango inelástico, diseño por carga y resistencia

DEFINICION DE LA GRID DEL MODELO ESTRUCTURAL DE UN GALPON

(Se inicia el modelo en el sistema de unidades Kg,m,C)

De todas las opciones, se toma la de Grid Only,

Se aprecia en la ventana la definición de las Grid y los valores numéricos asignados,

estos pueden variar dependiendo del modelo Arquitectónico asignado

Podemos reeditar el modelo a fin de modificar cualquier longitud tanto en X como en Y de

esta manera asignamos las correcciones necesarias: procedemos así:

Botón derecho y aparecerá una ventana, como la siguiente: en la cual hacemos click en

Edit Grid Data

En esta ventana se hacen los cambios que fuesen necesarios

Continuando con nuestro modelo y ya que en el mismo no se requiere hacer cambios de

Arquitectura

Nos paramos en el plano XZ: y como la cota total es de 8 mts, modificamos Z3

Cota modificada, el pórtico de las grid queda entonces así:

2 m

Tenemos entonces todo el sistema de grid configurado, comenzamos entonces a dibujar

las líneas que representaran las columnas y las vigas, para ello hacemos clics con el

botón izquierdo en el icono de línea, como se muestra abajo

Ventana que señala el tipo de elemento a dibujar y sus características estructurales

Comenzamos a dibujar entonces las líneas de columnas y vigas, según se señala por el

instructor, la línea punteada indica que al llegar hasta este nodo se da un clic con el botón

izquierdo

Asignando vínculos a tierra, en este caso, empotramientos como señala la ventana de

abajo

Empotramientos

Ventana de Joint Restraints

Procedemos ahora de la siguiente manera, seleccionamos todo el pórtico, incluyendo los

vínculos y hacemos una réplica en el eje “Y”, según indique el instructor:

Podemos observar el replique de todos los pórticos en el eje “Y”

Ahora procedemos a dibujar las correas del techo, para ellos debemos recordar que

existen siempre dos correas muy próximas a la cumbrera, para ello procedemos a dividir

las vigas en 50 partes:

En esta ventana colocamos el No de partes en que queremos dividir la viga AB, en este

caso colocamos 50 partes

Nótese que hemos formado un nodo muy cerca de la cumbrera, si no aparecen los nodos los activamos con el botón Set Display Option, según se indique en el curso, allí ira una correa muy cerca de la cumbrera, como suele ser, tanto a la derecha como a la izquierda

El resto de los elementos los debemos unir y chequear si aún se mantiene la correa cerca de la cumbrera, tanto a la izquierda como a la derecha, allí ira una correa en ambos lados. Como se indica a continuación

Después de hecha la unión de los nodos innecesarios, el dibujo se verá así:

Forma de unir los nodos creados por conveniencia de dibujo

El mismo procedimiento para el lado derecho: al final después de hechas las consideraciones anteriores tendremos lo siguiente:

Observe en la pantalla izquierda los nodos originados, ahora bien, procedemos a la colocación de las correas definitivas de techo, para ello hacemos una división de las vigas, tanto de la izquierda como de la derecha de seis (6) partes iguales, según se indica abajo:

Divisiones realizadas, espaciamiento entre correas S= 1,67 m

Aplicación del extrude de puntos a líneas

Se puede observar en la vista geométrica, las correas ya dibujadas, se procede a corregirlas

Divisiones hechas en el primer pórtico, como sigue:

Procedemos a dibujar las cruces de San Andrés, tanto en el pórtico A como en el pórtico C, en el primer tramo y en el último

Cruces de San Andrés ya colocadas (articuladas)

Cruces de San Andrés en el pórtico “C”

En el techo colocamos unos tensores que pueden ser ángulos o barras y los dibujamos directamente de la siguiente forma:

Estos arrastramientos o tensores los copiamos en el último tramo, como se muestra a continuación:

Se puede observar el marcaje de estos tensores en línea punteada:

Luego podemos ver la coordenada cero y la coordenada Y = 30 y procedemos a realizar una réplica:

Quedando de la siguiente manera:

Procedemos a continuación a decidir las secciones que llevara el modelo y para ello procedemos de la siguiente manera: decidimos el material a utilizar y sus propiedades mecánicas:

Tomamos un acero ASTM A36, que es un acero corriente de Fy = 2530 Kg/cm2

Acero ya definido

Luego definimos las secciones, para ello importamos la perfilaría del programa, como indicamos a continuación:

Tomamos EURO.pro

Procedemos hacer una selección de perfiles como se muestra a continuación

Lista definitiva de perfiles a usar en el diseño, como son perfiles HEB y perfiles IPE

Si vemos la estructura desde un plano YZ, con cero de apertura, como se muestra a continuación:

:

Cero de apertura plano YZ, marcamos todas las columnas

Selección de la sección de columnas HE260 B

Y procedemos a marcar los arrostramientos o cruces de San Andrés

Y les marcamos como pre dimensionado un perfil HE160B, como aparece en el gráfico

adjunto.

A continuación marcamos las vigas como se muestra abajo y seleccionamos un perfil

IPE 300 como se muestra en la ventana de SAP siguiente

Asignación realizada de perfiles IPE 300

Ahora procederemos a marcar las correas, pero para ello tenemos que hacer un Set 3D View, en el plano XZ con apertura cero (o), como se muestra en las ventanas

correspondientes de SAP

Pero inicialmente asignaremos un grupo tanto a las correas de la izquierda como de la

Derecha, para ello procedemos de la siguiente manera:

Marcamos primero las correas de la izquierda y le asignamos un grupo de la siguiente manera:

Donde dice group Definition la nombramos CT1

Luego de hecha la asignación, hacemos previa selección y le asignamos un primer perfil

IPE 180

CORECTO:

Luego hacemos lo mismo con el lado derecho del techo, las seleccionamos, les asignamos un grupo CT2, hacemos un previus selección y le asignamos el mismo perfil del lado izquierdo IPE 180

Ahora la sección de las cruces de San Andrés, seleccionamos un ángulo de L100x2, previamente.

ANGULO L100X12 SELECCIONADO

AHORA UN ASPECTO MUY IMPORTANTE QUE ES: LAS CORREAS DEBEN ESTAR PERPENDICULARES A LAS VIGAS, para ello las rotamos para que queden perpendiculares a las vigas, de la siguiente manera, para hacer esto primero hay que ver las etiquetas de las juntas, de la siguiente manera:

Fíjense que el nodo de la izquierda, y el punto rojo, es el siete (7) y el nodo de la cumbrera es el nodo 8 (rojo) como se muestra:

Luego seleccionamos el grupo CT1 y hacemos lo siguiente:

Assign, frame, local axes, advancee axes, Advanced

Siguiendo la metodología indicada por el tutor:

Buscamos el plano 1-3

Luego especificamos aquí, y two Joint, buscar alinear la correa de techo su eje loca 1 y 3, es decir, la viga tiene un eje local 1 longitudinal, buscamos que el eje local 3 de la correa se alinee con el eje local 1 de la viga, es decir quede perfectamente perpendicular a la directriz del elemento, para ello en lo resaltado dentro del circulo elegimos y allí colocamos nodo 7 y nodo 8

Se observa el eje color blanco de correas, alineado con el eje local blanco de viga, la flecha más grande.

Luego procedemos con las correas del lado derecho de la misma manera:

Observe que el eje local blanco (3), en el lado derecho, no está alineado con el eje local 3 de la viga de carga, anotamos el nodo de la derecha, 8 el nodo de la izquierda 9 y repetimos los pasos hechos en el lado izquierdo

Posición de los ejes después de hecha la alineación respectiva o rotación de los ejes locales

DEFINICION DE LOS CASOS DE CARGA

p

VX1 de izquierda a derecha, y tomamos como carga de viento w1=50 kg/m2 y las columnas tienen un ancho tributario de 6 mts, será entonces 50x6 = 300 Kg/ml a colocar en las columnas.

Ventana de asignación de carga del VX1

Se puede apreciar la carga distribuida en las columnas del viento a sotavento de 300Kg/ml

Columnas extremas 150 Kg/ml

Cargas de viento en el pórtico C, tanto en columnas centrales como en las laterales

Verificamos como están los ejes locales de las correas, de la siguiente manera:

Fájense que el eje local rojo (1) axial al elemento, el blanco es el (2) y el azul es el (3)

Los ejes locales 2 están saliendo hacia arriba, tanto a la izquierda como a la derecha

Seleccionamos el CT1 y le asignamos una carga distribuida en su eje local 2, una acción de viento de 80 Kg/ml, negativa en este caso, ya que se trata de una carga en compresión

Procedimiento para seleccionar CT1 y asignar la carga de viento a compresión y deberá

Ser negativa, ver gráficos en las páginas finales del manual, en todo caso los ejes son:

(3) (2) los sentidos de las flechas son los (+)

(1) rojo, siempre axial al elemento

Procedimiento para seleccionar correas de techo CT2

Correas de techo CT2

Y de esta manera hemos configurado el sistema de cargas Vx1, procederemos igualmente pero en sentido contrario

Columnas laterales para el Vx2, - 150 Kg/ml

Procederemos de igual manera con las columnas centrales

Vx2 en las columnas centrales es de Vx = -300 Kg/ml

Igualmente para las cargas de Vx2 en las correas, será como sigue:

Obsérvese que ahora en el sentido de las cargas Vx2, en el techo las cargas invierten el sentido de las acciones, será de izq., a derecha, CT2, compresión (-)

Cargas en CT1 de + 80 Kg/ml, saliendo, hacia arriba (+)

Ahora en la dirección, “Y”, es decir VY1 y VY2, para ello nos paramos en el plano XZ

Y seleccionamos las columnas y las vigas, como se muestra; abajo, fíjense que la fuerza

Va en el mismo sentido del eje global “Y” le asignamos una carga de 500 Kg/ml

Ahora seleccionamos el grupo CT1 Y CT2, ambos grupos están en succión y le asignamos la carga de 80 Kg/ml

cargas sobre correas CT1 y CT2 (en succión)

Ahora procedemos igualmente para el VY2

Cargas sobre las correas

Seleccionamos ahora grupo CT1 y CT2, para aplicar las cargas por gravedad, sobre las correas, es decir la carga SCP (carga muerta) y CV (carga viva):

SCP = 35 Kg/ml

Igual para la carga viva: CV = 70 Kg/ml, exactamente el doble de la carga permanente

Tenemos toda la aplicación de las cargas, las secciones de pre-dimensionado, las combinaciones de carga; ahora procedemos hacer algunas correcciones de rigidez tanto de las diagonales, como las correas de techo

Podemos ver la orientación de las diagonales o cruces de San Andrés que están de manera incorrecta, para que la longitud sobre el radio de giro me dé una esbeltez lógica: (KL/r) se deberia orientar la longitud menor en el menor radio de giro ya que el eje fuerte está orientado de manera incorrecta, el otro criterio es que:

(KL/r) <= en ambas direcciones, esto se logra colocando un elemento horizontal, que conecte en el punto de intersección de los perfiles: (no modelado)

Procedemos a girar las diagonales a fin de que se orienten de manera correcta, así

:

Obsérvese el giro dado a las diagonales y se aprecia como el eje débil no está arriostrado en el sentido de la mayor longitud, es decir, la menor inercia esta arriostrada en un 50% y la mayor inercia tiene toda la longitud libre.

Podemos ver haciendo un Releases que las correas de techo no quedaron articuladas, para ello seleccionamos CT1 y CT2 y les liberamos el momento

Pasos para asignar el releases

forma de liberar los momentos en las correas de techo

Correas liberadas

Tenemos articuladas las juntas de correas y diagonales, tanto del techo como las de arriostramiento

COMBINACIONES DE CARGA

NORMAS COVENIN 1618; 1998 ESTRUCTURAS DE ACERO PARA EDIFICACIONES.

PROYECTO FABRICACION Y CONSTRUCCION METODO DE LOS ESTADO LÍMITES

NORMA VENEZOLANA

ACCIONES DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES COVENIN 2003-89

DEAD = PESO PROPIO; SCP = CARGA PERMANENTE; CV = CARGA VIVA

VX y VY; CARGAS POR VIENTO EN EL SENTIDO X Y SENTIDO Y

COMBO1: 1.4 DEAD + 1.4 SCP

COMBO2: 1.2 DEAD +1.2 SCP +1.6 CV

COMBO3: 1.2 DEAD + 1.2 SCP +0.5 CV + 1.3 Vx1

COMB04: 1.2 DEAD + 1.2 SCP +0.5 CV + 1.3 Vx2

COMBO5: 1.2 DEAD + 1.2 SCP +0.5 CV + 1.3 Vy1

COMBO6: 1.2 DEAD + 1.2 SCP +0.5 CV + 1.3 Vy2

COMBO7: 0.90 DEAD + 0.90 SCP + 1.3 Vx1

COMBO8: 0.90 DEAD + 0.90 SCP + 1.3 Vx2

COMBO9: 0.90 DEAD + 0.90 SCP + 1.3 Vy1

COMBO10: 0.90 DEAD + 0.90 SCP + 1.3 Vy2

MENU DE DEFINICION COMBINACIONES DE CARGA

DEFINICION DEL COMBO1:

DEFINICION DE COMBO2:

COMBO3:

Así sucesivamente cambiando las cargas de viento

CORRECION DE LAS LONGITUDES ARRIOSTRADAS

Hay que hacer ajustes de rigidez en los elementos, ya que es una estructura de acero, es decir, configurar muy bien las longitudes no arriostradas, por ejemplo caso de las correas, diagonales de techo y diagonales de arriostramiento: seleccionaremos en primer término las diagonales de techo y le asignamos un grupo

Luego hacemos selección previa o anterior, con el botón situado en la barra izquierda

Para la corrección de las longitudes de arriostramiento

Como están conectadas en su punto central, corregimos eje mayor = 0.50

Y en su eje menor 0.64, cociente Rz/Ry

Seleccionamos el grupo CT1 y CT2, están arriostradas por unas tirantillas o barras de media pulgada, que pueden ir a la mitad de la luz o a la tercera parte de la luz, para arriostrar lateralmente estas correas a fin de evitar la flexión en su eje menor

Correas de techo ya seleccionadas

Arriostramiento a la mitad y en el eje menor, para mayor seguridad

ELECCION DE LA NORMAS DE CÁLCULO

ELECCION DE LA NORMA AISC360

OMF = YA QUE SOLO TIENE ACCIONES GRAVITACIONALES Y DE VIENTO

CORREMOS LA ESTRUCTURA

Diagramas de momento en 3-3, bajo la combinación de cargas COMBO1

Momentos por Vx1, viento de izquierda a derecha

Diagramas de corte en 2-2 por COMB1

Tenemos también la posibilidad de ver las deformadas por las diferentes combinaciones de cargas de la norma; por ejemplo; deforma por acción de Vx1

Igualmente pudiera desplegarse para cualquier combinación de carga

DISEÑAMOS:

Estructura ya corrida

Elegimos primeramente los combos definidos anteriormente

Combos de diseño

EL CURSO COMIENZA CON LA ETAPA DE DIBUJO, UTILIZACION DE LOS BOTONES DE INGRESO DE DATOS, LUEGO SELECCIÓN DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES A UTLIZAR, DEFINICION DE LAS CARGAS ESTATICAS Y LAS CARGAS DE VIENTO SEGÚN LAS NORMAS COVENIN, ESTRUCTURACION DEL GALPON , APLICACIÓN DE LAS CARGAS ESTATICAS Y DE VIENTO, LUEGO ANALISIS Y DISEÑO DEL MISMO