diseño concreto sap2000

8/13/2019 Diseo Concreto SAP2000

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MODELO, ANALISIS Y DISEO DE EDIFICIOMULTIFAMILIAR


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ANALISIS Y DISEO SISMICO EN ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO

En este captulo vamos a analizar y disear una estructura cuyo material predominante es concreto armado

usremos el software SAP2000V15.2.1, las cargas impuesta ser por el peso propio tomados desde los

elementos estructurales que el programa computa por la edicin de los materiales; la sobrecarga viva estar

asignada a las losas de entrepiso.

La geometra en planta, y elevacin es como se muestra a continuacin

Usando la herramienta de SAP2000 se procede a realizar este proyecto en tres etapas:

1.- Modelo Matemtico

2.- Cargas

3.-Anlisis y Diseo Ssmico

1.- MODELO MATEMATICO

En esta primera seccin se tiene que fijar la disposicin y tamao inicial de los elementos que configuran la

estructura principal, de tal manera que despus de incluir las cargas nos permita iniciar un anlisis interactivo

hasta la optimizacin de los elementos en el proceso de Diseo.

Seleccionar las unidades en el sistema internacional S.I.; luego generar las grillas de dibujo segn la

geometra en planos de distribucin en planta y elevacin; as tenemos:

Defi ni cin de Gr il las Cli ck derecho para editar las gri ll as segn la plan ta a modelar

La planta es irregular, el edificio tiene 8 niveles y se ha modelado el cuarto de mquinas de la caja del

ascensor.

Cuadro de edicin de gri ll as por espaciamiento


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Editamos los valores de la grilla por espaciamiento, las etiquetas paralelas al eje X-X est definido por letras

maysculas y las paralelar al eje Y-Y son identificadas por nmeros.

Cuadro de edicin de gri ll as por espaciamiento

1.1 Definir Materiales.- Despus de guardar el archivo con un nombre vamos a la definicin de materiales ausar; en el men desplegable con la opcinDefine/Materials ingresaremos los siguientes datos:

Concreto:

Cuadro de dialogo para defi nir el materi al Concreto


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Cuadro de dialogo para defi ni r el material A lbail era

2 Definicin de Secciones.-2.1 Elementos tipo frame.- vamos a definir las secciones que usaremos en este proyecto; las columnas

sern:

C1: 60x60 cm con una cuanta de acero aprox. = 40cm2

C2: columnas circular R=60 cm rea de acero aprox. = 40cm2

Cruz: Columna definida por section designer

V1: viga rectangular bxh = 40x60 cm

Vb: viga de borde bxh= 20x20 cm

Columna C1 Columna C2 Columna Cruz

Defin icin de Vigas V1 y VB

2.2 Elementos tipo Area.- Se define la losa aligerada con una seccin equivalente para capturar el peso deun aligerado cuya altura es h=25cm, en seccin equivalente ser una losa maciza cuya altura es h=12cm;

se ha definido un rea tipo membrana para transmitir las cargas a los elementos horizontales (vigas).

El rea de los volados ser definido por una seccin en concreto macizo cuyo espesor es 25cm y definido

como elemento tipo shell, donde se asignara una malla de elementos finitos.


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El rea de la escalera ser modelado por una rea tipo shell y cuyo espesor de garganta es =15cm y una

malla interna congruente.

Sobre el rea de la losa se definirn reas nulas donde los ductos de ventilacin ser parte del modelo.

Los muros de concreto armado tendr un espesor de =20cm para todos los casos y los muros de

albailera confinada ser en un espesor de 15cm.

Def ini cin de elementos tipo rea usando el editor de propi edades de secciones

2.3 Definicin de muros de concreto y albailera.- el muros ser e=20cm en concreto armado tipo shell; elmuro de albailera es de espesor h=15cm, rea tipo shell.

Def ini cin de elementos tipo rea usando el editor de propiedades de secciones


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3 Generacin del Modelo.-3.1 Draw de elementos tipo viga, usando el comando Quick/Draw/frame y seleccionamos una regin

3.2 Draw de columnas, que se generan a partir de la extrusin de nudos

Se ha dibujado las columnas con las propiedades defi nidas anteriormente, algunos pasos


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3.3 Draw de nudos, para ayudarnos a modelar los muros de la caja del ascensor; el otro apoyo ser dibujarelementos tipo frame para poder generar la extrusin de line a rea que representa el muro de la caja del

ascensor.

3.4 Despus de generar elementos tipo frame, vamos a dividir los mismos para luego generar la extrusin

3.5 Extrusin para generar los muros de la caja de ascensor


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3.6 Realizar la discretizacion de los muros de la zona del ascensor, segn convenga

3.7 Modelar la escalera portante, nos apoyaremos con nudos y luego con reas segn ubicacin

3.8 Asignamos las reas para las losas


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3.9 Completamos el modelo con los ductos y los vuelos a generar

Def in icin de elementos tipo rea usando el editor de propiedades de secciones

Vi sta del modelo fi nal usando insert ion poin t podemos igualar las vigas del ltimo n ivel a nivel de techo


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4.0 CARGAS

Se tiene que pensar, ante todo, que la determinacin de las Cargas que actan no pueden ser exactas en

magnitud y en ubicacin, aun cuando se conozca la exacta posicin de las mismas y su magnitud, la

interrogante es como se trasmiten las cargas a los apoyos de los elementos; muchas veces son necesarias las

suposiciones que ponen en duda el sentido de la exactitud buscada, de esta manera vamos a definir solo

algunas de las cargas ms conocidas.

4.1 Carga Muerta, es una carga de gravedad cuya magnitud y ubicacin podemos considerarlas fijas; seusara en este proyecto las cargas permanentes tomadas desde los pesos de los elementos que conforman la

estructura definida como DEAD y para las cargas de acabado que se encuentran adheridas sobre los pisos de

la estructura ser definida como SUPERDEAD.

En la prctica los Reglamentos vigentes proporcionan tablas que ayudan al diseador a cuantificar estas

magnitudes.

Para la Sper Carga Permanente SUPERDEAD usaremos = 100kg/m2 y ser aplicada a la todos los pisos,

incluyendo el techo.

Defi ni cin de los casos de carga muerta y asignacin de la misma


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4.2 Carga Viva, es aquella carga de gravedad que acta sobre la estructura cuando esta se encuentra enservicio; puede variar en ubicacin como en magnitud a lo largo de la vida til.

Live de entrepiso = 250kg/m2

Live de techo = 100kg/m2

Live en escalera = 400kg/m2

Def in icin de los casos de carga viva y asignacin de la misma segn los casos


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4.3 Carga de Sismo, los terremotos producen movimientos horizontales y verticales; los movimientoshorizontales son los que generan en las estructuras los efectos ms significativos; cuando la interaccin suelo

estructura se activa, la inercia de la masa de la estructura tiende a resistir este movimiento; la filosofa de este

anlisis ssmico tiende a estimar la fuerza a partir de un porcentaje del peso de la estructura; este porcentaje es

llamado coeficiente basal y la fuerza depender de la ductilidad o liberacin de energa que se estime o se

asigne a este tipo de estructura (usaremos R=6); realizaremos el diseo ssmico basado en dos metodologa,

anlisis smico esttico y anlisis ssmico dinmico a partir de un anlisis espectral-modal.

4.3.1 Datos para Anlisis Ssmico Esttico

Coeficiente Basal

Z=0.4g

U=1.0

S=1.2 Tp=0.60 seg

T estructura = 0.67 seg

C= 2.23

Rx = 6 Cb = 0.18

Ry = 6 Cb = 0.18

Por lo tanto la fuerza por carga de sismo ser Vx = 0.18xPest y Vy = 0.18xPest


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4.3.2 Datos para realizar un Analisis Dinmico.-

Espectro de Respuesta usado:

Ingreso de data al SAP2000 desde un archivo de texto (from file)

Se ha defi nido un espectro de respuesta a part ir de un arch ivo de texto

Nota: Criterio de CombinacinAlternativamente, la respuesta mxima podr estimarse mediante la combinacin cuadrtica completa CQC

de los valores calculados para cada modo.


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Analisis Modal.-para capturar las formas de modo de la estructura usaremos la resolucin matricial a partirde los eigen vectores.

Tr es grados de libertad por cada piso = 24 modos

Usamos la recomendacin del Dr. Edward Wilson: Los efectos ortogonales en el anlisis espectral, en

modelos tridimensionales, para el diseo de edificios y puentes requiere que los elementos sean diseados

para el 100% de las fuerzas ssmicas prescrito en una direccin, ms el 30% de las fuerzas prescritas en la

direccin perpendicular. (Analisis Esttico y Dinmico; Autor Ed. Wilson, pag. 212)

Respuesta Espectral en direccin X-X:

Respuesta Espectral en di reccin prescri ta X-X al 100% de la gr avedad y 30% en la dir eccin perpendicular


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Respuesta Espectral en direccin Y-Y:

Respuesta Espectral en dir eccin prescri ta Y-Y al 100% de la gravedad y 30% en l a di reccin perpendicu lar

4.3.3 Fuente de masa.-El programa tomara la fuente de masa desde los elementos que componen la estructura y las fuerzas externas

de gravedad que se han asignado.

Defi ni cin de la fuente de masa a considerar


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5.0 ANALISIS

5.1 OPCIONES DE ANALISIS.- Seleccionar la opcin Space Frame OK

Analysis OptionsFast DOFsSpace Frame

5.2 RUN ANALYSIS correr todos los casos de anlisis

Run Now


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5.3 FORMAS DE MODO.-periodos fundamentales T1= 0.67seg y T2= 0.61 seg longitudinales

La participacin de la masa en cada modo:

Las formas de modo predominante en la estructura es en el modo T1=0.67 seg con 61% de masa

participativa en direccin Y-Y y T2=0.61 seg con 65% de masa en direccin X-X.

5.4 Peso de la estructura.-

Peso de la estructura Pt=4500.61 Tn

El cortante esperado ser V=0.18x4500.61x90%=728.09Tn


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5.5 Cortante Basal Esperado.- verificamos que le cortante esttico es 810Tn y el dinmico llevado alesperado es 728 Tn; en los siguientes diseos usaremos los casos espectrales para el diseo de los elementos

estructurales.

El cortante en l os casos dinmicos son = 728Tn

5.6 Desplazamiento Relativo (Drift) con 3/4xR = (las respuestas sern multiplicadas por 4.5)Capturamos un nodo por cada piso en la misma ubicacin vertical


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Cambi ar al gunos muros de albail era por mur os de concreto en la dir eccin Y-Y

Usando el model al ive el anlisis es inmediato despus de haber reali zado la modi f icacin

Los Dri f t en ambas dir ecciones estan por debajo de 7/1000 que es el mximo permi sible.


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6.0 DISEO DE ELEMENTOS DE CONCRETO

6.1 ELEMENTOS TIPO FRAME - COLUMNAS Y VIGAS

6.1.1 COMBINACIONES DE CARGA

Combi naciones de carga segn norma ACI -318 por estado lmi te de resistenci a

Desactivar los casos estti cos para sismo, trabajaremos con los casos dinmicos.


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Show load combinati on, mostrar las combinaciones defin idas por el cdigo, si es necesari o modif icar l oscoeficientes.

Preferenci as para ini ciar el diseo de elementos columnas y vigas.

I nf ormacin del acero longi tudinal en las vigas, buscar unidades kg/cm


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Nota: seleccionar los combos para di seo y desacti var l a generacin de combos automticos, con la f inal idad deno considerar otras combinaciones

El cuadro de reporte hace mencin al acero longi tudinal de la viga, un una ubicacin y debido a unacombi nacin que la hace mxima.

El cuadro de reporte de la viga V1 (60x40)


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6.1.2 DESPIES DE VIGA (DETALLADO DE ACERO).-Ejemplo de conversin de Acero de refuerzo longitudinal en la Viga V1 del cuarto piso

Acero por corte en la Viga V1

Este procedimiento ser aplicado a todos los elementos horizontales.

6.1.3. REVISION DE COLUMNAS.-6.1.3.1. DISEO DE NUDOS.- Revisamos las columnas de acuerdo al ratio del diagrama de iteraccion P-M-Mdel cdigo ACI318-05.


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Se debe cambiar la seccin C1-10 por una seccin superior C1-12 (aumentamos la cuan ta en la columna)

Se debe realizar esta optimizacin en todas las columnas que no cumplan esta relacin:

Con este cambio de columna debemos optim izar las columnas de los dems niveles para compat ibil izar la cuan ta.

Los rat ios O/S es optimi zado a valores


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6.1.3.3. ACERO LONGITUDINAL Y SECCION DE DISEO DESPUES DE LA OPTIMZACION


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6.1.3.4. ACERO POR CORTE

6.2 ELEMENTOS TIPO AREA

6.2.1 MUROS

Esfuerzos en el muro de concreto.- Revisaremos los esfuerzos que se generan en los muros de concretousando la combinacin donde sea predominante la fuerza de sismo en la direccin del diseo.

En este ejemplo usamos la combinacin UDCON3 donde el sismo en la di reccin X -X esta presente al 100%, seobserva zonas a traccin donde se concentr ara el acero de refuerzo.


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Area de acero ASt1, ASt2.- Distribucin de acero horizontal (ASt1) y distribucin vertical (ASt2)

Observamos que la distri bucin de acero en los ncleos y los distri buidos en los muros, como en las vigas de acoplevan variando de acuerdo a la al tura del edif icio.

Tambin se debe revi sar el acero mnimo por cdigo en este tipo de secciones.

Revisin de fuerzas en los muros de albailera.- como los muros tienen material donde no podemosrealizar un diseo de manera directa debemos obtener las fuerzas para revisar la capacidad del muro de

albailera con el aporte de la columnas del prtico principal.

Pasos: 1.- Asignar un grupo a la base del muro


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2.- Definir una seccin de corte para capturar las fuerzas en el muro, fuerzas para diseo y la seccin de corte

es verificacin como muro, Wall.

3.- Mostrar en tablas los resultados, seleccionar la combinacin para diseo


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4.- Los resultados para revisar el diseo

Se debe revisar el muro con el aporte de las columnas del prti co principal donde la ductil idad es sign if icati va para las

soli citacion es en el mur o de albailera, chequeo por f lexo-compresin.

5.- Realizar esta metodologa para los dems muros en los diferentes niveles


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6.2.2 LOSAS

6.2.2.1 DISEO COMO LOSA MACIZA

Cambi ar l as losas del pi so a disear a reas tipo shel l y asignar una mal la de elementos fi ni tos

Veri fi cacin de las cargas asignadas sobre la l osa (losa tipo shell)


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Esfuerzo para la combinacin ultima UDCON2 y una seccin de corte en di reccin Y-Y

Area de acero di stribu ido en dos dir ecciones; mostramos el acero en la zona in feri or, (l osa maciza en dos direcciones)


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6.2.2.2 DISEO COMO LOSA ALIGERADA este mtodo simplificado para disear una losaaligerada; no usaremos la seccin Tee, si fuera necesario la revisin por corte o compresin en los extremos

donde se apoya la vigueta usaremos la seccin Tee, o ampliaremos la vigueta (nervadura).

Nota: Se puede aplicar otra metodologa que puede ser vlida, por ejemplo usar la seccin Tee y

colocar la carga distribuida en cada frame, espaciado cada 0.40m.

En este ejemplo vamos a definir una losa de 5cm de espesor para transmitir las cargar a las viguetas

esta losa ser del tipo membrana.

Se ha defini do la losa de 5cm de espesor

Definimos la vigueta de seccin 10x20 con constante torsional = 0 ya que estos elementos no estarn

bajo situaciones a torsin significativa.


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Asignamos una zona donde se diseara como losa aligerada se observa 04 zonas con la etiqueta LOSA 5,

luego vamos a agregar las viguetas en direccin paralela al eje X-X pero estas deben ser continuas ya que

tendremos momentos en los apoyos, corregir esta consideracin en Moment Releases colocar Continuos

Pasos a segui r para modelar las viguetas (losa nervada)


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Disear los elementos de concreto para capturar las respuestas en la combinacin ultima UDCON2

El momento f lector (- ) en los extr emos es 0.28 Tn-m y en la zona central 0.18 Tn-m; el cor te 0.20Tn en seccin Tee nonecesita ensanche de vigueta.

Detall e de vigueta con acero de refuerzo


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6.2.3 ZAPATAS se define una seccin de tipo Shell Thick (placa gruesa) para activar las propiedades acorte en la matriz caracterstica de los elementos shell, el espesor ser de 0.70m

Defi ne shell section data

Modelar las zapatas, la dimensin asumida es zapata centrada de 3.00x3.00m.

Dividir el elemento fin ito con una malla externa.


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Se muestra el esfuerzo S22 en la cara i nf erior de la zapata, siendo esta de tr accin

Se muestra el acero de refuerzo en dir eccin 1-1 en la zona in feri or

Se muestra el acero de refuerzo en dir eccin 2-2 en la zona in feri or


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El acero de refuerzo en la cara super ior es cero, ya qu e esta seccin est sometida a compresin

Esfuerzo transmitido al suelo, debera estar por debajo de 3kg/cm2 que es la capacidad admisible del terreno

Revisin del corte en la zapata, usando una section cut


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Revisin de corte en la zapata para evitar punzonado

6.2.4 VIGA DE CONEXION usaremos otra seccin (Zapata) y conectaremos ambas con una viga deconexin para controlar los asentamientos diferenciales.

Asignamos un spri ng para la nueva zapata y luego la conectaremos a la primera zapata modelada

Defin imos la V iga de conexin


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Colocar l a viga y usando insert ion poi nt movemos en sentido vertical .

Observamos que la viga est en su ubicacin f inal

Asignar un springs de lnea con la capaci dad del suelo de soporte


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Solo compresin, si hubiera tr accin, los springs se desconectara y colocaremos acero

Desplazamiento U3 = 0.27 cm en la zapata de la i zquierda

Desplazamiento U3 = 0.27 cm en l a zapata de la derecha


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Modelo f inal usando las zapatas en la fundacin de las columnas y muros

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