practica5 primera parte

EJEMPLO DE APLICACIÓN 5: NAVE CON PUENTE GRUA

1 Prácticas Complejos Industriales 2011/2012

EJEMPLO DE APLICACIÓN 5: NAVE CON PUENTE

GRUA

Objetivo

Diseñar una nave en el Generador de Pórticos y exportarla a Nuevo Metal 3D, en el que se finalizará el cálculo de la estructura metálica de dicha nave. Posteriormente se calculará la cimentación con el Nuevo Metal 3D, donde se definirán zapatas, placas de anclaje y vigas centradoras de atado.

Programas

Generador de pórticos de CYPE Ingenieros

Nuevo Metal 3D de CYPE ingenieros

Características de la nave:

Ubicación de la nave :

Situación de la nave: Ciudad Real

Altura sobre el nivel del mar: 635 m

Datos:

Pórticos BIEMPOTRADOS

Separación de pórticos: 5m

Número de pórticos: 7

Peso del cerramiento de cubierta: 18 kg/m2

Sobrecarga del cerramiento: 45 kg/m2

Peso del cerramiento lateral: 18 kg/m2

Altura cumbrera: 8 m

Altura pilar: 6.5 m

Anchura total (dos aguas): 18 m

Separación de correas en cubierta: 1.2 m (Perfiles Zf de acero S275)



Separación de correas en laterales: 1.2m (Perfiles Zf de acero S275)

Flechas relativas de las correas: L/250

Viga de atado longitudinal en cabeza de pilar HEB

Pilares HEB

Dinteles IPE

Separación entre pilares hastiales: 6m

Puente grúa birrail de 5000 kg de capacidad y 17m de luz

Altura de la viga carril: 5m

Hipótesis de diseño:

Acciones:

Las combinaciones a emplear, obtenidas de la norma CTE –DB- SE “Código Técnico de la edificación, Documento Básico de Seguridad Estructual”

Longitudes de pandeo:

Longitudes de pandeo para todas las barras de los pórticos asumiendo las hipótesis de Pandeo en pórticos traslacionales.



PROCEDIMIENTO DE ELEBORACIÓN DE LA PARTE 1:

Abrimos el programa Generador de Pórticos que se encuentra dentro del módulo Metal del menú de programas de CYPE Ingenieros.

Al abrir este programa aparece la última obra realizada en él, si es que se ha realizado alguna:

En Archivo pinchamos en Nuevo apareciendo la ventana Nueva obra.

Pulsando sobre Examinar definimos la ruta donde queremos guardar nuestra obra.

En Nombre del fichero (clave) ponemos el nombre que queramos, en nuestro caso llamaremos al fichero practica5.



En Nombre de la obra podemos poner una descripción de lo que vamos a hacer, por ejemplo Nave de la prac_5:

Al crear un fichero nuevo aparece una ventana en la que debemos introducir que deseamos empezar a trabajar con un pórtico nuevo:

Al aceptar aparece otra ventana que nos permite elegir entre pórticos a una y a dos aguas:

Pulsando sobre Dos Aguas aparece una ventana en la que elegimos el tipo de cubierta e introducimos las dimensiones de los pórticos de nuestra nave:



Al aceptar aparece el nuevo pórtico:



Pinchamos sobre el menú de Datos Generales de la Obra para introducir los datos necesarios para la comprobación de las correas y generación de los pórticos en Nuveo Metal 3D:



Viento según el CTE Al seleccionarlo se abre la siguiente figura en la que debe fijar los datos correspondientes al tipo de nave y la zona de ubicación:



Nieve según la norma CTE Al seleccionar esta opción el programa permite indicar la altitud topográfica. Este parámetro afecta exclusivamente al cálculo de la sobrecarga de nieve e indica el intervalo aproximado de alturas sobre el nivel del mar donde se encuentra la edificación.

Una vez introducimos los datos de obra pasamos a confirmar o cambiar los datos correspondientes a la edición de correas pinchando sobre Edición de correas en cubierta y laterales:

Pinchamos sobre Correas en cubiertas donde introducimos los siguientes datos:



Elegimos el primer perfil disponible de la biblioteca de perfiles se la serie de perfiles Conformados Z e introducimos los datos de separación de correas en cubierta y el tipo de acero de las correas. Ejecutando el primer comando de Dimensionar el programa optimiza el perfil para la separación y acero seleccionado. Haciendo clic sobre este comando el programa presenta una ventana donde se muestran en una tabla todos los perfiles de la serie elegida. Junto a cada perfil se incluye un texto que especifica el resultado de la comprobación.



El primer perfil ZF-120x3 cumple, pero podemos buscar uno más económico en peso, simplemente ordenando los perfiles por peso.

Elegimos el ZF-140x2 que cumple con los siguientes aprovechamientos:

Aparecen ahora, las correas en cubierta en el dibujo:



Procedemos a la Edición de correas en laterales: Seleccionamos primero el primer perfil de la serie Zf e introducimos la separación entre correas y el tipo de acero de éstas. Ejecutamos el primer comando de Dimensionar que nos permite optimizar el perfil para la separación y acero seleccionado.

Aparecen en el dibujo también las correas laterales:



Para visualizar e imprimir el listado de los datos introducidos y calculados de la nave pulsamos el icono Listados en la pantalla principal del programa y aceptamos todos los capítulos propuestos por el programa:



A continuación el programa presentará una vista preliminar de la información a listar:

Si está conforme con la comprobación visual, confirme el listado pulsando la opción imprimir o también puede enviar la información a un fichero de texto y ya tiene el listado de su proyecto. Para dibujar el pórtico tipo de la nave pulse Planos. Procedemos entonces a la Generación de datos para exportar a Nuevo Metal 3D, que permite confirmar o cambiar los parámetros de generación, tales como configuración de apoyos, el tipo de generación, opciones para el pandeo, etc. . Si ha realizado la selección de correas, el programa pide confirmación antes de presentar el diálogo. En caso contrario lo muestra directamente.



Al pulsar Aceptar en el este diálogo el programa realiza una llamada a Nuevo Metal 3D. Aparece el diálogo Selección de Fichero correspondiente a Nuevo Metal 3D. En este diálogo pulsamos Nuevo e introducimos el nombre y descripción de la obra a través del asistente de obra nueva.



PROCEDIMIENTO DE ELABORACIÓN DE LA PARTE 2:

En el Nuevo Metal 3D aparece lo siguiente:

Vamos a generar dos vistas 2D para trabajar más fácilmente: Generamos una vista de los pórticos Iniciales y Finales: Pulsando sobre Nueva del menú Vista elegimos Vista 2D de un plano ortogonal al eje X,Y,Z :

Pinchando por ejemplo en los dos apoyos definimos el plano del que queremos generar una vista apareciéndonos un diálogo en el que ponemos el nombre a la ventana:



Repetimos la operación, pero ahora pinchando en los apoyos de uno de los pórticos centrales:

Elaboramos la viga de atado longitudinal en cabeza de pilar:

En el menú Barra pinchamos en Nueva y pinchamos sobre los nudos en cabeza de pilar del primer y ultimo pórtico quedando la nave de la forma siguiente:



Describimos todos los nudos de las vigas de atado articulando extremos:



Esta barra la única función que realiza en le estructura es la de ligar los nudos superiores de los pilares, y por tanto arriostrar los desplazamientos perpendiculares a los pórticos, función que ya realizan las correas introducidas en el Generador de Pórticos. Descripción de los perfiles:

Pandeo:



Pandeo lateral:

Perfiles que cumplen todas las comprobaciones antes de introducir las cargas debidas al puente grúa: Para ver los perfiles que cumplen todas las comprobaciones ejecutamos Calcular del menú Cálculo. Ejecutamos Comprueba barra del menú Cálculo y cambiamos las barras que no cumplan alguna comprobación. Como hemos cambiado algunas barras ha cambiado la matriz de rigidez del sistema y tenemos que calcular otra vez. Los perfiles que cumplen todas las comprobaciones antes de introducir las cargas debidas al puente grúa son:



Puente grúa: Procedemos a introducir en Nuevo Metal 3D las cargas debidas al puente grúa birrail. Datos de que disponemos:

Puente grúa birrail

Capacidad: 5000 Kg

Luz: 17m

Altura de la viga carril: 5m.

Existen 3 tipos de movimiento del puente grúa:

• Longitudinal del Puente • Transversal del Carro. Viga carril • Movimiento del gancho hacia arriba y

hacia abajo

Reacciones por rueda: En la tabla ‘Grúas puente birrail’ (Anexo IV) se incluyen las reacciones por rueda para puentes grúa para luces de 16m y para luces de 18m. Para hallar las reacciones por rueda para una luz de 17m tendríamos que interpolar entre los valores dados en la tabla. En este caso utilizaremos las reacciones por de 18m, que serán algo mayores e implicarán un pequeño sobredimensionado: Luz: 18m

Capacidad: 5000 Kgs Reacciones por rueda: kgsRkgsR

Min

Max

13953970

==

Calculamos las reacciones totales, tanto máximas como mínimas, de acuerdo con la norma “UNE 76-201-88 CONSTRUCCIONES METÁLICAS. CAMINOS DE RODADURA DE PUESTES GRÚA. Bases de Cálculo”:



CARGAS VERTICALES

TnruedasTnRTnruedasTnR

v

v

8.22395.18297.3

min,

max,

≈×=

≈×=

CARGAS HORIZONTALES Transversal:

TnTnRRTnTnRR

vHT

vHT

28.08.21.01.08.081.01.0

min,min,

max,max,

=⋅=⋅=

=⋅=⋅=

Longitudinal:

TnRRTnRR

vHL

vHL

392.08.214.014.012.1814.014.0

min,min,

max,max,

=⋅=⋅=

=⋅=⋅=

ACCIONES SOBRE EL PÓRTICO

Momento de la carga vertical debido a la excentricidad de la ménsula:

mTnTndadexcentriciRMmTnTndadexcentriciRM

v

v

⋅=×=×=

⋅=×=×=

4.15.08.245.08

min,min

max,max

Las acciones máximas corresponden al lado en que se encuentra el carro mientras que las mínimas corresponden al lado contrario al carro. Introduciremos estas cargas en Nuevo Metal 3D como una sobrecarga de uso: Pinchando en Obra, Acciones definimos una nueva sobrecarga de uso llamada Puente grúa:



La seleccionamos para verla :

Y procedemos a introducir las cargas: Introduciremos primero las reacciones máximas, que corresponden a las del lado en que supondremos que está el carro: Pinchamos en Nueva, que está en el menú Carga, y después en el pilar derecho de uno de los pórticos centrales y en el pilar derecho de uno de por pórticos extremos (en los pórticos extremos las acciones debidas al puente grúa serían algo más pequeñas pero pondremos las calculadas y así estaremos del lado de la seguridad): Carga vertical máxima Rv,max:



Momento producido por la carga vertical máxima M max:

Carga horizontal longitudinal máxima R HL,max:



Carga horizontal transversal máxima R HT,max:

Carga vertical mínima R v,min:



Momento producido por la carga vertical mínima M min:

Carga horizontal longitudinal mínima R HL,min:



Carga horizontal transversal mínima R HT,min:



Vamos a dimensionar las barras de nuestra nave una vez introducidas las cargas debidas al puente grúa:

Ejecutando la opción Calcula, que se encuentra en el menú Cálculo y posteriornmente la opción Comprueba barra de este mismo menú, obtenemos que algunas barras, del lado en que hemos supuesto se encuentra el carro del puente grúa no cumplen todas las comprobaciones:

Cambiamos estas barras por las menores que cumplan todas las comprobaciones y volvemos a calcular y así sucesivamente hasta encontrar el dimensionado correcto de todas las barras:



Cartelas

Observamos que el aprovechamiento máximo se da en la unión pilar-dintel de la estructura. Esto nos hace pensar que podemos incluir unas cartelas en los extremos teniendo mayor sección y por consiguiente reducir al siguiente perfil de la serie.

Vamos a poner cartelas en los perfiles de estas barras para comprobar si con perfiles acartelados conseguimos que perfiles de menor peso cumplan todas las comprobaciones:

Pinchamos en la opción Describir perfil del menú Barra. Pinchamos sobre las dos barras que representan los dinteles, tanto en uno de los pórticos extremos como en uno de los pórticos centrales y pulso el botón derecho del ratón. Aparece el diálogo Descripción de perfiles. Pulso en la opción Descripción de este diálogo y aparece el diálogo llamado Edición de pieza metálica. En la opción Disposición de este diálogo elijo Simple con cartelas. En Atributos, pulso la opción Con cartelas apareciendo el diálogo Cartelas. Activamos las opciones de Cartela inicial inferior y Cartela final inferior y les asignamos pendientes del 20%. En el dibujo de los pórticos han de aparecer ahora las cartelas dibujadas.



Vamos a poner también cartelas en los pilares:

Pinchamos en la opción Describir perfil del menú Barra. Pinchamos la barra que representa el pilar izquierdo tanto en uno de los pórticos extremos como en uno de los pórticos centrales y pulso el botón derecho del ratón. Aparece el diálogo Descripción de perfiles. Pulso en la opción Descripción de este diálogo y aparece el diálogo llamado Edición de pieza metálica. En la opción Disposición de este diálogo elijo Simple con cartelas. En Atributos, pulso la opción Con cartelas apareciendo el diálogo Cartelas. Activamos la opción de Cartela final superior y le asignamos una pendiente del 10%:



Ahora pinchamos otra vez en la opción Describir perfil del menú Barra. Pinchamos la barra que representa el pilar derecho, tanto en uno de los pórticos extremos como en uno de los pórticos centrales y pulso el botón derecho del ratón. Aparece el diálogo Descripción de perfiles. Pulso en la opción Descripción de este diálogo y aparece el diálogo llamado Edición de pieza metálica. En la opción Disposición de este diálogo elijo Simple con cartelas. En Atributos, pulso la opción Con cartelas apareciendo el diálogo Cartelas. Activamos la opción de Cartela final inferior y le asignamos una pendiente del 10%:



Ahora volvemos a calcular para ver si podemos disminuir algún perfil:

Ejecutamos Calcula del menú Cálculo y posteriormente Comprueba barra. Comprobamos que en algunas de a algunas barras podemos asignarles perfiles de menor peso:

Pilares hastiales

Procederemos a introducir en la estructura los pilares hastiales. Para ello abrimos la vista de los pórticos extremos e introducimos dos nudos en la parte inferior separados 6m:



Introduciremos ahora dos barras que partan de los nudos recién creados hasta los dinteles:

Describiremos los nudos creados:



Describiremos el perfil de dichos pilares hastiales:

Introduciremos los coeficientes de pandeo: Tenemos los siguientes coeficientes de pandeo en los pórticos extremos:



La definición correcta de los coeficientes de pandeo es fundamental para el cálculo de la estructura metálica. La definición incorrecta de estos coeficientes puede hacer que los resultados del cálculo sean absurdos. Las barras importadas del Generador de Pórticos tienen sus coeficientes de pandeo definidos, de acuerdo con las características que se le dan al pórtico. Cualquier otra barra que no haya creado el Generador de pórticos tiene, por defecto, coeficiente de pandeo 1. Por tanto es fundamental que en estas barras se introduzca el coeficiente de pandeo correcto. En tramos alineados de barras consecutivas debemos corregir el coeficiente β. Por tanto debemos corregir los coeficientes de pandeo, ya que tenemos tramos alineados de barras consecutivas en los dinteles y hemos introducido dos nuevas barras. En primer lugar corregiremos el coeficiente de pandeo de los tramos alineados de los dinteles, dividiendo el coeficiente de pandeo de cada tramo (0.13 en el plano xy y 1.12 en el plano xz) entre la longitud total del dintel y multiplicando por la longitud de dicho tramo:

Asignaremos coeficientes de pandeo a los dos pilares creados en Nuevo Metal 3D:



Introduciremos las longitudes de pandeo lateral de los pilares hastiales:



Rotaremos 90º los perfiles de los pilares hastiales:

Cargas de viento en los pilares hastiales.

Comprobamos cómo Metal 3D redistribuye las cargas de viento entre todos los pilares del pórtico hastial. Ver ejemplo Viento a 180º H2



Colocamos cruces de San Andrés:

Ejecutaremos Calcula del menú Cálculo y posteriormente Comprueba barra. Pinchando sobre cada uno de los pilares hastiales los dimensionaremos, eligiendo el menor perfil HEB que cumpla todas las comprobaciones:



Podemos obtener una vista en 3D de nuestra estructura dentro del menú Obra



Obtendremos los listados de nuestra estructura:

Elegimos la opción Listados del menú Archivo, apareciendo la ventana Listado:

Apareciendo una ventana con todas las posibilidades de listados. Elegiremos los listados que deseemos, y los obtendremos, según convenga, por impresora o fichero de texto.

practica5 primera parte

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