diseño de un galpon industrial

Diseño de un Galpón Industrial

Proyectos I

INTRODUCCIÓN

El diseño y construcción con acero estructural por muchas de sus características deseables, han llevado a que se utilicen los aceros en una gran variedad de aplicaciones. Los aceros estructurales están disponibles en muchas formas de productos y ofrecen una alta resistencia inherente. Tienen un máximo de elasticidad muy alto, de manera que las deformaciones bajo carga son muy pequeñas. Además los aceros estructurales poseen alta ductilidad. Tienen una relación esfuerzo deformación unitaria en forma lineal, incluso para esfuerzos relativamente altos y su módulo de elasticidad es el mismo a tensión que a compresión . Por lo tanto el comportamiento de los aceros estructurales bajo cargas de trabajo puede predecirse en forma exacta por medio de la teoría elástica. Los aceros estructurales se fabrican bajo condiciones de control, lo que garantiza al comprador alta calidad uniforme.

La estandarización de las secciones (Perfiles y laminas) facilita el diseño y reduce al mínimo los costos de los aceros estructurales.

“Las cosas para hacerlas bien es preciso hacerlas dos veces; LA PRIMERA ENSEÑA LA SEGUNDA”

Simón Bolívar

MEMORIA DESCRIPTIVA

Este proyecto presenta una información detallada del diseño y cálculo de una estructura en acero; un Galpón Industrial con techo de Acerolit y conformado


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internamente por una mezzanina para uso de oficinas y una escalera de acceso para la misma. Para la realización del mismo se considero solo una etapa de diseño y calculo.

Para el techo se presenta una armadura tipo FINF (luces largas), adecuadas para pendientes grandes y la distribución elemental de su alma en 5 triángulos permite cubrir luces de hasta 24m. A medida que la luz aumenta, los triángulos exteriores deben subdividirse progresivamente, para otorgar mas resistencia al conjunto.

Esta estructura se va a calcular mediante un envigado de acero. Las estructuras de acero que se están utilizando son perfiles doble TE, TE, de la serie estándar de PROPERCA (1), perfiles I, U, L de la serie estándar de SIDOR (2), y perfiles rectangulares de la serie estándar de CONDUVEN (3), todos utilizados para las diferentes exigencias y propuestas de diseño en el calculo del Galpón Industrial, tomando en cuenta que la serie de PROPERCA propone dos tipos de perfiles; el VP(Perfiles cuya sección transversal forma una I. La altura, d, es mayor que el ancho del ala, bf, por lo cual se utilizan preferentemente para trabajar como vigas). Esta serie VP es capaz de resistir de manera mas adecuada las solicitaciones a flexión en la viga. El CP(Perfiles de sección II. La altura , d, es igual al ancho de las alas, bf, por lo cual preferentemente son usados como columnas). Estos resisten acciones a compresión de manera mas eficiente.

Específicamente los miembros de la estructura fueron diseñados y se seleccionaron los siguientes perfiles:

- Vigas secundarias de la Armadura (correas) : PROPERCA VP 120x9.70 (doble TE)

- Cordón superior de la Armadura:PROPERCA TCP 80x14.7 (TE)

- Cordón inferior de la Armadura:PROPERCA TCP 65x12.5 (TE)

- Cordón diagonal de la Armadura:SIDOR 2L 35x35x6 (ángulos)

- Cordón horizontal de la Armadura:SIDOR 2L 20x20x3 (ángulos)

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1. Productora de perfiles electrosoldados; que presentan esfuerzos de fluencia de Fy=2530Kgf/cm2.2. Productora de perfiles laminados; que presentan esfuerzos de fluencia de Fy=2500Kgf/cm2.3. Productora de perfiles y tubos electrosoldados; que presentan esfuerzos de fluencia de

Fy=3515Kgf/cm2.

- Vigas principales de la mezzanina : CONDUVEN 300x100 (rectangular)

- Vigas secundarias de la mezzanina (correas) : CONDUVEN 180x65 (rectangular)

- Columna intermedia de la mezzanina : SIDOR IPN 160x74 (perfil I)

- Columna de la escalera :SIDOR IPN (80x35)

- Columna del Galpón:SIDOR U (120x45) (2U apareados)


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El diseño y calculo se hizo siguiendo la metodología del L.R.F.D (Load and Resístanse Factor Desing for Steel), Método de los Estados Limites, que consiste en el diseño de acero por factores de carga y resistencia mayoradas, proporcionando así una mayor confiabilidad en el diseño.

Para el diseño de toda estructura es necesario estimar la carga que va ha soportar a lo largo de su vida útil. Para este análisis de carga se analizan diferentes situaciones que pueden cumplirse en la estructura, variando estas de acuerdo a el nivel de diseño que se requiera. Estas cargas van a depender directamente del uso y el predimensionado de la estructura. Dichas cargas se dividen en dos, permanentes y Variables.

Las acciones permanentes son las que actúan continuamente sobre el galpón y cuya magnitud puede considerarse invariable en el tiempo, como las cargas debidas al peso propio de los componentes estructurales y no estructurales. Para la determinación de estas cargas se usarán los pesos de los materiales y elementos constructivos a emplear en el galpón.

Las acciones variables son aquéllas que actúan sobre el galpón con una magnitud variable en el tiempo y que se deben a su ocupación y uso habitual. Estas cargas se determinarán mediante estudios estadísticos que permitan describirlas probabilísticamente. Cuando no se disponga de estos estudios a de una información más precisa, se podrá usar valores no menores a los indicados en las normas la cual está organizada según los usos de la edificación y sus ambientes.

En este caso se realizaron análisis de cargas para las correas cordones y vigas de la armadura de techo, para las vigas principales y secundarias de la mezzanina, la viga de la escalera y por ende las columnas que conforman todo el galpón industrial.

En el análisis de carga de las correas se tomaron en cuenta las cargas variables, la carga del viento y las cargas permanentes conformadas por el peso propio de las vigas y el peso de la cubierta d Acerolit, con estos valores se cargo el elemento trabajándolo como una viga sin arriostramientos laterales, hallando su momento máximo y las reacciones de las condiciones de apoyo (fijo en sus extremos), usando el programa CME-FRAME, versión 1.1 con la condición de cargas más desfavorable (1.2CP+1.6CV+0.8W) realizando su diseño a flexión pura.

Para el análisis de carga de la mezzanina , se hizo un estudio de cargas para un sistema constructivo propuesto por las alumnas en este proyecto, se considera una losa maciza de concreto cuyo encofrado para vaciar, será unos listones de madera (Teca para machihembrado), con una capa de impermeabilización antes de vaciar, para evitar que la humedad del concreto dañe la madera y de este modo lograr un encofrado permanente que servirá de techo de machihembrado para la planta baja y losa para el piso de la mezzanina, como carga variable se considero el uso a que se destina la mezzanina para oficinas tomando este valor de el libro de interpretación de las normas de concreto armado .

Para el análisis de carga de la escalera se considero el peso propio del perfil, el peso de los escalones de madera y peso de las laminas de acero de la contrahuella


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como cargas permanentes y como cargas variables solo se considera el uso de la misma.

Para el análisis de cargas de las columnas de la estructura se diseño en base a las solicitaciones mas desfavorables de viento y las ejercidas por las vigas principales, las columnas van empotradas en su base a la fundación de concreto, y se sueldan a las planchas de base en todo el contorno. El anclaje en el concreto se realizan mediante pernos, que absorben eventualmente momentos flectores debidos a las fuerzas laterales del viento, o a la excentricidad de las cargas; No se presenta en este trabajo el diseño y el calculo de dicho anclaje.

En este proyecto se decidió trabajar con diferentes perfiles de la siguiente forma, para las columnas externas del galpón Perfiles U apareados (SIDOR), se hizo el análisis por medio de solicitaciones combinadas (Flexo-Compresión); para las columnas internas del galpón perfiles I (SIDOR); se quiso mostrar el diseño de la columna de la escalera y la mezzanina mostrando que en ellas solo intervienen la reacción proveniente del peso propio de las misma, al igual es un perfil I (SIDOR) cuyo análisis se hizo a compresión pura.

La placa Base de la columna se diseño basándose en la carga transmitida por la columna y un área supuesta, se chequea comparando que el momento actuante sea menor que el momento resistente de la placa ó que el esfuerzo máximo de la placa sea menor que el esfuerzo admisible del concreto.

Para las uniones de cada miembro se presenta el diseño por soldadura; proceso en el que se unen partes metálicas mediante el calentamiento de sus superficies a un estado plástico, permitiendo que las partes fluyan y se unan con o sin la adición de otro metal fundido. La soldadura se presenta como una ventaja económica porque el uso de la misma permite grandes ahorros en el peso del acero utilizado; ya que permite eliminar un gran porcentaje de las placas de unión y de empalme, tan necesarias en las estructuras remachadas o atornilladas, así como la eliminación de las cabezas de remaches o tornillos.

En este proyecto se presenta la soldadura tipo Filete las cuales son más resistentes a la flexión las cuales son mas resistentes a la tensión y a la compresión que al corte y según el tipo de junta usada la presentamos en forma de TE. El método para determinar la resistencia de la soldadura de filete, se usa sin tomar en cuenta la dirección de la carga y utilizando filetes transversales ya que son un tercio mas resistentes que los filetes longitudinales debido a que el esfuerzo esta mas uniformemente repartido en su longitud total.

El procedimiento escogido para soldar, es soldadura por arco eléctrico (arco protegido), utilizando electrodos E70 con punto de cedencia igual a 3500 Kg/cm2 y una ruptura a tensión de 4920 Kg/cm2.


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MEMORIA DE CALCULO

DISEÑO DEL TECHO:

-

-

-

-

- son 7 correas

20 m

10 m 10 m

10.59 m

3.50 m

P = 35%


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- Separación entre nodos

- Separación entre correas intermedias

- Sc Smáx1.32m 1.75m

NOTA: Se debieron colocar 2 correas mas de modo que la separación entre nodos cumpliera con la separación máxima exigida en el trabajo, por lo tanto el número de correas es 9.

1. ANÁLISIS DE CARGAS:

CORREAS DEL TECHO:

Acerolit sobre perfiles VP (doble Te) PROPERCA.

CARGA PERMANENTE:

- Peso cubierta Acerolit:

- Peso propio de la correa:

CARGA DE VIENTO:

-

-

1.32m

2.65m


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Según la norma, para techos con inclinaciones mayores al 10, debe diseñarse con una

sobrecarga de viento, en ningún caso menor de .

-

-

-

-

-

-

-

MAYORACION DE LAS CARGAS:

Combinación de cargas para estructuras de acero.

-

-

Y

X

WcpWcv


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MOMENTO ULTIMO MAYORADO:

-

-

1. DISEÑO DE VIGAS SECUNDARIAS (CORREAS):

Suponiendo perfil VP (120x 9.70) de PROPERCA, sección doble te, basada en la teoría LRFD.

-

-

-


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DISEÑO POR FLEXION:

CARACTERÍSTICAS DEL PERFIL SUPUESTO:

VP 120 x 9.7 b = 0.90 d = 120 mm bf = 100 mm tw = 3.0 mm tf = 4.5 mm A = 12.3 cm2

Ix = 335 cm4

Iy = 75 cm4

rx = 5.21 cm ry = 2.47 cm Zx= 61.2 cm3

Zy = 22.7 cm3

Sx = 55.7 cm3

Sy = 15 cm3 Lb = 0 ( Suponiendo soporte lateral continuo en su ala a compresión y

debido a que el techo arriostra lateralmente a la correa)

DISEÑO PLÁSTICO:

-

-

-

-

- Mp 1.5 My1548.36 Kg-m 2113.82 Kg-m

- Mux Mp. b213 Kg-m 1393.52 Kg-m Cumple por FLEXION.


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-

El VP 120x9.70, es el perfil más pequeño de la serie estándar de las tablas de PROPERCA, por lo tanto se chequea por flecha y corte.

CHEQUEO POR CORTE:

-

-

-

- Cv = 1

-

-

- Vt Vmax 4918.32 Kg 213 Kg

CHEQUEO POR FLECHA:

-

-

- f fmax 0.39 2

2. ANALISIS DE CARGA DE LA ARMADURA:


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CARGA PERMANENTE:

- Peso del Techo:

- Peso de las correas:

- Peso propio de la armadura:

-

CARGA VARIABLE:

Para un techo inaccesible y una pendiente mayor al 15% se obtiene una carga variable

de 50 Kg/m2 que a su vez se puede transformar en una carga por correa de 50 Kg/ml.

- CARGA DE VIENTO:

-

-

Internas

-

- Externas

-

POR CARGA PERMANENTE:

-

-

POR CARGA VARIABLE:

- CARGA DE VIENTO:


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-

-

CARGAS FINALES DE LA ARMADURA:

-

-

- Externa

- Interna

- Externa

- Interna

- Externa

Internas


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Armadura con desplazamientos

**************************************************************************************

CME-TRUSS Output File*******************************************

ARMADURA**************************************************************************************

JOINTS*******************************************

# X Y Support-------------------------------------------

1 0 0 x y2 20 0 y

3 10 3.54 2.5 .885 5 1.756 7.5 2.637 12.5 2.638 15 1.759 17.5 .8810 2.81 011 5.62 012 14.38 013 17.19 0


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14 7.81 1.7515 12.19 1.75

*******************************************MEMBERS

*******************************************# From To E Area Steel Shape

-------------------------------------------1 1 4 2.1E+10 1 None2 4 5 2.1E+10 1 None3 5 6 2.1E+10 1 None4 6 3 2.1E+10 1 None5 3 14 2.1E+10 1 None6 14 11 2.1E+10 1 None7 1 10 2.1E+10 1 None8 10 11 2.1E+10 1 None9 10 4 2.1E+10 1 None10 14 6 2.1E+10 1 None

11 11 5 2.1E+10 1 None12 5 14 2.1E+10 1 None13 5 10 2.1E+10 1 None14 12 15 2.1E+10 1 None15 11 12 2.1E+10 1 None16 12 13 2.1E+10 1 None17 13 2 2.1E+10 1 None18 2 9 2.1E+10 1 None19 9 8 2.1E+10 1 None20 8 7 2.1E+10 1 None21 7 3 2.1E+10 1 None22 3 15 2.1E+10 1 None23 15 7 2.1E+10 1 None24 15 8 2.1E+10 1 None25 12 8 2.1E+10 1 None26 13 8 2.1E+10 1 None27 13 9 2.1E+10 1 None

*******************************************LOAD CASES

*******************************************LOAD CASE 1 (CARGA TOTAL MAYORADA)

Joint X-Load Y-Load-------------------------------------------

1 113.7 -507.0152 0 -182.183 113.7 -689.2

4 227.4 -1014.075 227.4 -1014.076 227.4 -1014.07

7 0 -364.378 0 -364.379 0 -364.37


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**************************************************************************************

Analysis Results******************************

LOAD CASE 1(CARGA TOTAL MAYORADA)

******************************Displacements

******************************Joint X Y

------------------------------1 +0,00E+00 +0,00E+002 +5,35E-06 +0,00E+003 +2,03E-06 -1,84E-054 +4,01E-06 -1,46E-055 +4,60E-06 -1,95E-056 +4,69E-06 -2,29E-057 +9,08E-07 -1,94E-058 +1,41E-06 -1,58E-059 +2,25E-06 -1,11E-0510 +1,18E-06 -1,56E-0511 +2,15E-06 -2,02E-0512 +3,89E-06 -1,66E-0513 +4,59E-06 -1,19E-0514 +4,80E-06 -2,28E-0515 +1,35E-06 -1,96E-05

******************************Member Axial Force

******************************Member Force

------------------------------1 -8,49E+032 -8,37E+033 -8,25E+034 -8,12E+035 +4,63E+036 +3,12E+037 +8,81E+038 +7,29E+039 -1,00E+03


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10 -1,00E+03

11 -2,06E+0312 +1,52E+0313 +1,51E+0314 +1,04E+0315 +4,17E+0316 +5,21E+0317 +5,70E+0318 -6,04E+0319 -5,92E+0320 -5,80E+0321 -5,67E+0322 +1,53E+0323 -3,23E+0224 +4,89E+0225 -6,88E+0226 +4,87E+0227 -3,23E+02

******************************Reactions

******************************Joint Rx Ry

------------------------------1 -9,10E+02 +3,33E+032 +0,00E+00 +2,19E+03************************************************************


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DISEÑO DE LOS CORDONES DE LA ARMADURA:

Para el diseño de los cordones, se utilizarán las fuerzas más cargadas del grupo, así como la de mayor longitud de la barra.

MIEMBROS MAS DESFAVORABLES:

Los miembros de la armadura 5, 6, 14 y 22, se diseñarán con perfiles Te, de manera que cumpla con los requisitos de conexión y también para ahorrar la colocación de cartelas. Este arreglo de dichos miembros se realizó con la finalidad de proporcionar soportes que impidan l movimiento lateral y la torcedura.

DISEÑO POR SOLICITACIONES COMBINADAS DEL CORDÓN SUPERIOR (FLEXO-COMPRESION):

Suponiendo un perfil TCP 80x14.7 de PROPERCA, sección TE, basados en la teoría de agotamiento resistente (L.R.F.D).

CARACTERÍSTICAS DEL PERFIL SUPUESTO: A=18.7cm2 as=1 rx=1.96cm ry=4.06cm J=4.43cm2

Cw=23.3cm6

ro=4.60cm =0.961

Solicitaciones de diseño: Vmax=106.5kg Mmax=141.11kg-m


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8490 K g. 2.65 m

1.325 m

1.325 m

P=1 4

P=213Kg

1

4

PL/4=M=141.11Kg-m


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Pu = 8490 KgLx = LLy = L/2

Lx = 265 cmLy = 265 cm/2 = 132.5 cm

At = 16.6 cm2 rx = 1.96 cmry = 4.06 cm

Se escoge el mayor : 135.89Se prediseña según la teoría de agotamiento resistente LRFD, siguiendo los siguientes fundamentos teóricos, se debe cumplir que:

- Si

- Si

Donde:

Nu =8490kg

Calculo de la resistencia teórica a compresión cMt:


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a) Por pandeo flexional:

c 1.5 ; entonces:

b) Por pandeo flexo-torsional:

para perfiles con simetría simple en los que el eje Y de simetría:


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Domina el pandeo Flexional por lo tanto cNT=15681.56 kg

; por lo tanto:

Calculo de la resistencia teórica a flexión bMt:

Lb = 1.325 m

a) Por pandeo torsional:

Como Lb < Lp

1.325< 2.04 m , Caso 1

Mt = Z * Fy = Mp

Fue necesario hallar el modulo elástico es Y el módulo plástico ya que en tablas de dicho perfil no aparecen:


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1.36 cm

6.64 cm

0.9 cm

7.1 cm

0.6 cm

16 cm

A = 0.6 cm * 7.1 cm + 0.9 cm * 16 cm = 18.7 cm2

Yc = desde el patín superior

My = Sx * Fy

; donde C es la palanca entre ellos.


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Cálculos plásticos: Eje neutro en la base del patín

Mp = Zx * Fy = 21.603 cm3 * 2530 Kg/cm2 = 54655.50 Kg-cm

Mp = 546.56 Kg-m

Mp 1.5 My

546.56 Kg-m 408.34 Kg-m

Mux Mp*b

b*Mp= 0.90 * 546.56 Kg-m = 491.9 Kg-m

141.11 491.9

Cálculo de la fuerza de flexión (Efecto P- ) :

Mux = Mumaxx 1

Mux = 141.11x1.54=218kg-m

Verificando el perfil:

0.93 1 Verifica el perfil.


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DISEÑO DEL CORDÓN INFERIOR A TRACCIÓN:

Nu= 8810kgL(m)= 2.81Barra 1-10Selección de perfiles a tracción:

POR CEDENCIA:

Nt=t*Fy*A

Para A=3.87cm2 se consigue un perfil: TCP 65x12.5


d = 65 mm bf = 140 mm tw = 6 mm tf = 9 mm A = 16 cm2

rx = 1.54 cm ry = 3.59 cm

Nt=

POR FRACTURA:

Se debe escoger la mayor de las áreas, pero cualquiera de las dos areas obtenidas, cumple con el área del perfil TCP 65x12.5

Nt=


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El perfil es apto

DISEÑO DEL CORDÓN DIAGONAL A COMPRESIÓN:

Nu= 2060kgL(m)= 1.85Barra 5-11Suponiendo: 2L 35x35x6 (L SIDOR)

CARACTERÍSTICAS DEL PERFIL SUPUESTO: A=3.87cm2 P=3.04 I=4.13cm4

rx=ry =1.03cm J=0.448cm4

S=1.71cm3

ro=1.83cm =0.636 x=y=1.08 cm

Condición:

Y

X

0.6 cm

1.08 cm

1.08 cm

(Espesor del alma de la TE)

Articul-Articul


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c 1.5 ; entonces:


Para las soldaduras tenemos la siguiente ecuación:


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(razón de separación)

h= Distancias entre centroides de las componentes al eje del pandeo del miembro.

a= separación entre conectores.

a= 92.5 cm (a la mitad)

ri=0.669 cm

138.27>>80.48 (no se cumple por lo tanto se prueba )

a= verifica

h=1.08x2+0.6=2.76cm

J=0.488cm4= 2*0.488cm4=0.98cm4

Fcrz =

Tf=6mm=0.6cm


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el perfil es apto

DISEÑO DEL CORDÓN HORIZONTAL A TRACCIÓN:

Nu= 1520kgL(m)= 2.81Barra 3-14Selección de perfiles a tracción:

POR CEDENCIA:

Nt=t*Fy*A

Amax=2*0.68cm2=1.34cm2

Para A=1.34cm2 se consigue un perfil: 2L 20x20x4 (SIDOR)


d = 20 mm A = 1.45cm2

I=0.488cm4

P=1.14kg/m Tf=4mm


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Nt=

Nt(diseño)>Nt

POR FRACTURA:

Ae=0.85x2A=0.85x1.45x2=2.47cm2

Nt= Se escoge el menor: Nt= 6525 kg

El perfil es apto

DISEÑO DE LA MEZZANINA:

Corte Transversal de la mezzanina:

Vista en planta: (Losa de concreto para la mezzanina)

Vista al cielo desde planta baja a la mezzanina: (Machihembrado)


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1. ANÁLISIS DE CARGAS DE LAS CORREAS:

CARGA PERMANENTE:

- Peso de la madera del machihembrado( Teca):

- Peso de la loseta de concreto:

- Impermeabilización:

- Taco de madera:

- Peso propio del perfil (Tubo estructural CONDUVEN ECO 180x65):14.45

CP=

CARGA VARIABLE:

- Peso a que se destina la edificación para oficinas: 250

CV=

Cargas sin mayorar:

-


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-

COMBINACIONES DE CARGA:

-

-

-


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*****************************************Correa de la Mezzanina

******************************Displacements

*************************************************Joint X Y Rot

-------------------------------------------------1 +0,000E+00 +0,000E+00 -9,194E-082 +0,000E+00 +0,000E+00 +9,194E-08

**********************************************************************Member End Forces

**********************************************************************Member Joint Axial Shear Moment Max Moment

# # Force Force (+) CCW (+) CCW----------------------------------------------------------------------

1 1 +0,000E+00 +1,448E+03 +1,137E-13 +1,448E+032 +0,000E+00 +1,448E+03 -1,137E-13 at x = 2,00

****************************************************Reactions

****************************************************Joint Rx Ry Rrot.

----------------------------------------------------1 +0,000E+00 +1,448E+03 +0,000E+002 +0,000E+00 +1,448E+03 +0,000E+00

********************************************************************************************************


A = 18.41cm2

Ix=0.488cm4

P=14.45kg/m h=160 mm b=45mm

Vumax=1448 kg


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Mumax= 1448 kg/m

Para Lb=0Por tabla se encuentra el momento de diseño b*Mresistente= 3163.80 Kg/m

b*Mresistente>Mumax Verifica el perfil

Zrequerido≥ 45.77 cm

NOTA: Se podría utilizar un perfil mas pequeño que el del diseño utilizado, pero anteriormente se realizaron los cálculos y los perfiles no chequean por flecha.

CALCULO DE LA RESISTENCIA AL CORTE:

(por corte)

=

3.68 < 58.66 por lo tanto: Cv=1

> 1448kg

CHEQUEO POR FLECHA:

fmax=

f=

f < fmax ; 1.18 < 1.3


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2. ANÁLISIS DE CARGAS DE LAS VIGAS PRINCIPALES:

Se supone un perfil CONDUVEN ECO 200x70 (sección rectangular)

CARGA PERMANENTE:- Reacciones de apoyo + 1.4xPeso propio del perfil:

= 1448 +17.15

Wservicio=1040

fmax=

Por lo tanto se utilizara CONDUVEN ECO 300 100

IX=4366.42 cm4 >

CARACTERÍSTICAS DEL PERFIL:

A = 41.75 cm2

Ix=4366.42 cm4

P=32.77 kg/m h=272.5 mm b=72.5 mm rx=10.23 cm ry=4.31 cm Zx=376.15 cm3

Sx=291.09 cm3


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CARGA PERMANENTE:- Reacciones de apoyo + 1.4xPeso propio del perfil:

= 1448 +32.77

Wservicio=1040

CALCULO DE LA RESISTENCIA AL CORTE:

(por corte)

=

3.76 < 58.66 por lo tanto: Cv=1

> 3734.7kg

CHEQUEO POR FLECHA:

fmax=


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f=

f < fmax ; 0.95 < 1.66

CALCULO DEL MOMENTO RESISTENTE:

Como lb=1

a) Por pandeo torsional:

lb<lp ; 1<1.83

DISEÑO PLÁSTICO:

-

-

-

-

- Mp 1.5 My13221.67 Kg-m 15347.72 Kg-m

- Mux Mp. b4668.38Kg-m 11899.503 Kg-m Cumple por FLEXION.

-


Proyectos I

DISEÑO DE LA ESCALERA:

1. ANÁLISIS DE CARGAS:


Proyectos I

CARGA PERMANENTE:

- Peso del Escalón de Madera por m2 :

- Peso de la lámina de acero por m2 :

CARGA VARIABLE:

- Por uso de la escalera:

-

-

COMBINACIONES DE CARGA:

-

-

-

Dimensiones de los escalones

LONGITUDES DE LA ESCALERA:


Proyectos I

LVERTICAL = 2.5mLVERTICAL = Altura del escaló * No. de contrahuellas

LHORIZONTAL = Huella * No. de huellas LHORIZONTAL = 0.3m * 14LHORIZONTAL = 4.2m

L = 4.89m

CARGAS DE SERVICIO POR METRO LINEAL:

W = 376.4Kg/m2 * Ancho de la escalera (m) + Peso del PerfilW = 376Kg/m2 * 1.20 + 15Kg/mW servicio 466.68 Kg/m

Mmax = 1029.03 Kg-m

Se verifica si el peso estimado del perfil es correcto, calculando el modulo de sección elástico y se comprueba en las tablas de perfiles doble TE (PROPERCA).

donde SX es el modulo de sección elástico, Fb es el esfuerzo admisible en flexión y M es el momento máximo bajo cargas de servicio.

El método de diseño por esfuerzos admisibles contempla que para perfiles doble TE, el esfuerzo admisible en torno al eje fuerte sea igual a:

Fb = 0.60 Fy

S X(REQUERIDO) = 67.79 cm3

En la Tablas 1.5A de PROPERCA para un SX mayor al requerido se considera un perfil VP 140 x 12.4 con SX = 84.5 cm3

CONDICIÓN DE RIGIDEZ:


Proyectos I

Se verifica si el perfil VP 140 x 12.4 chequea la condición de rigidez

No verifica la condición de rigidez , por lo tanto se considera un perfil de mayor inercia, VP 160 x 16.4

Se verifica si el perfil VP 160 x 16.4 chequea la condición de rigidez

El perfil VP 160x16.4 verifica el criterio de rigidez.


Proyectos I

CARGAS MAYORADAS:

Análisis de carga para la escalera

Se evalúa la sección bajo las cargas mayoradas para verificar la condición de resistencia

W = 571.68Kg/m2 * Ancho de la escalera (m) + 1.2 Peso del PerfilW = 571.68Kg/m2 * 1.20 + 1.2 (16.4Kg/m)W = 705.60 Kg/m

A. MOMENTO DE DISEÑO:

1. El momento de diseño bMn será el menor momento que resulte del análisis de los estados limites de pandeo local de las alas, pandeo local del alma y el pandeo local torsional según las siguientes expresiones.

Mmax = 1555.84 Kg-m


Proyectos I

Mp = ZX FY = 125cm3 * 2530 Kg/cm2

Mp = 3162.50 Kg-m

Mp > MMAX

Mt = Mp

Mu = MtMu = 0.9 *3162.50 Kg-m = 2846.25 Kg-m

Para las alas: Mr = Fl *Sx ,

Donde:

Fl = el menor valor entre (Fyf – Fr) y (Fyw – Fr)Fr = es el esfuerzo residual (varia para perfiles electrosoldados y laminados)

Fr = 1160 Kg/cm2 por ser un perfil electrosoldado.

Para una sección homogénea: Fyf = Fyw = 2530 Kg/cm2

Fl = 2530 Kg/cm2 – 1160 Kg/cm2 = 1370 Kg/cm2

Mr = 1370Kg/cm2*109 cm3

Mr = 1493.30 Kg-m

Para el alma: My = Sx*Fy

My = 109 cm3*2530Kg/cm2

My = 2757.70 Kg-m

LP = 109.78 cmLP = 1.10 m

2. Pandeo local de las alas:


Proyectos I

Se debe calcular la esbeltez local, f = bf / 2*tf , con las esbelteces limites pf y rf, definidas para requisitos de diseño.

De la tabla 1.5A para un perfil VP 160x16.4

f = 8.33

De las tablas 4.1 (a), sección compacta:

pf= 10.83

Como f < pf

Mn = Mp = 3162.50 Kg-m >MMAX

3. Pandeo local del alma:

Se debe comparar la esbeltez local, w = h/tw con las esbelteces limites.

w = 24.7

De las tablas 4.1 (b), sección compacta:

wp = 106.60

Como w < wp

Mn = Mp = 3162.50Kg-m >MMAX

4. Pandeo lateral torsional:


Proyectos I

Donde Lb es la longitud libre no ariostrada, siendo en este caso entre las laminas soldadas en el perfil para cada escalón

Lp = 1.10m

Como Lb < Lp

Mn = Mp = 3162.50 Kg-m >MMAX

5. Momento de diseño:

El momento de diseño será el menor valor entre:

b Mn, por pandeo local de las alas.b Mn, por pandeo local del alma.b Mn, por pandeo lateral.

b Mn = 0.9 * 3162.50 Kg-mb Mn = 2846.25 Kg-m

Mmax = 1555.84 Kg-m

b Mn > Mmax

El perfil escogido VP 160x16.4, verifica el criterio de momento de diseño.

B. CORTE DE DISEÑO:

Está en función del área y la esbeltez del alma

Vmax = 1481.76 Kg

De la tabla de perfiles PROPERCA para el perfil VP 160x16.4 se tiene la esbeltez del alma w = 24.7

Cálculo de Cv:


Proyectos I

Como

Vn = 0.6 Fy Aw Cv

Donde:Aw = tw*(d-2tf )

Vn = 0.6 * 2530Kg/cm2 * [0.6cm * (16 cm - 2*0.6 cm)] * 1Vn = 13479.84 Kg

vVn = 0.9 * 13479.84 KgvVn = 12131.86 Kg Corte nominal resistente o corte de diseño.

Vu = 1481.76 Kg

vVn > Vu

La sección VP 160x16.4 chequea el criterio de corte.

DISEÑO DE LAS COLUMNAS:

DISEÑO DE LA COLUMNA INTERMEDIA DE LA MEZZANINA:


Proyectos I

Suponiendo un IPN 100x50


A = 10.6 cm2

rx=4.00 cm ry=1.07 cm J=1.50 cm4

Cw=2.63 cm6

se escoge el mayor



Proyectos I

c 1.5 ; entonces:

De la tabla se tiene: SIDOR IPN 160x74


A = 22.8 cm2

rx=6.40 cm ry=1.55 cm Cw=3080 cm6

J=6.19 cm4

se escoge el mayor


c < 1.5 ; entonces:

Ntdiseño > Nu


Proyectos I


Para perfiles doblemente simétricos X0 = Y0= 0; por lo tanto Fe= Fez

Domina el pandeo Flexional por lo tanto cNt=20905.23 kg

El perfil seleccionado IPN 160x74 verifica las condiciones de cargas requeridas.

DISEÑO DE LA COLUMNA DE LA ESCALERA A COMPRESIÓN PURA:


Proyectos I

Suponiendo un IPN 100x50


A = 10.6 cm2

rx=4.00 cm ry=1.07 cm J=1.50 cm4

Cw=2.63 cm6

se escoge el mayor


c 1.5 ; entonces:


Proyectos I

se disminuye el perfil a un IPN 80x42


A = 7.66 m rx=3.13 m ry=0.86 cm J=0.703 cm4

Cw=79 cm6

no verifica


c < 1.5 ; entonces:

Ntdiseño > Nu


Proyectos I




El perfil seleccionado IPN 80x42 verifica las condiciones de cargas requeridas.

DISEÑO DE LA COLUMNA EXTERNA DEL GALPÓN CON 2U APAREADOS: Suponiendo 2U 120x45


A = 12.3 cm2


Proyectos I

P=9.69 kg/m rx=4.58 cm ry=1.33 cm J=1.97 cm4

Cw=4.90 cm6

bf=45 mm d=120 mm X=1.31 cm tf= 8 mm

PuColumna=Peso propio estimado+Reacción de la mezzanina+reacción de la armadura

- Peso propio estimado = Peso propio del perfil supuesto * LColumna

=9.69

- Reacción de la Mezzanina= 2714.99 Kg- Reacción de la armadura = 3330 kg

PuColumna= 6093.44 kg

CARGA DE VIENTO:


Proyectos I

- P=

CV= 60

Mu= e*Reacción de la mezzanina= 2714.99 kg * 0.06m = 162.90

a) Resistencia por pandeo flexional:

IX= 2IX=2*271 cm4= 542cm2

IY=

d=4.5cm -0.131cm = 4.369 cm

IY= 2

se toma el mayor


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c < 1.5 (pandeo inelástico, columnas cortas) ; entonces:

por lo tanto el perfil supuesto cumple con el área requerida;

Ntdiseño > Nu

b) Por pandeo torsional lateral:

lb=2.5 m

Como Lb >Lp

2.5> 2.30 m ,


Proyectos I

para perfiles laminados en caliente SIDOR

El ZX se determina por ecuaciones en función de la inercia y del área de la sección:

ZX=

MPlastico=Fy*ZX=

Cv=1

Mt=

Mt=385.80 < MPlastico

Mu=0.9

Cálculo de la fuerza de flexión (Efecto P- ) :

Mux = Mumaxx 1


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Mux = 1.08x183.94=199kg-m

c) Por pandeo flexo-torsional:



Proyectos I


d) Flexo- Compresión:

El perfil seleccionado 2U 120X45 verifica las condiciones de cargas requeridas

DISEÑO DE LAS SOLDADURAS:

NODO 11: (Miembro a Compresión)

Barra 5-11 Pu=2060 kg L(m)=1.85


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2L 35x35x6 (perfiles L SIDOR) Electrodos E70 Pto de Cedencia: 3500 Kg/cm2

Ruptura a la tensión: 4920 Kg/cm2


P=3.04 Kgf/m A=3.87 cm2

Tamaño de la soldadura de filete:

D=? Tl=6mm por lo tanto:

Dmin=

Dmax: Sí tl 6mm; D=(tl-2mm)

Dmax=6mm-2mm=4mm; de modo que:

3.175mm<D<4mm

D=4mmProceso de Arco protegido:

Resistencia de soldadura por unidad de longitud:

Para 2L:

e

h-e

he=1.08cmh=3.5cm


Proyectos I

Como L1 y L2 resultan ser menor que el Lminimo; se tomarán como L1 = L2= 1.6cm

NODO 11: (Miembro a Compresión)

Barra 11-14 Pu=3120 kg L(m)=2.81 2L 35x35x6 (perfiles L SIDOR) Electrodos E70 Pto de Cedencia: 3500 Kg/cm2

Ruptura a la tensión: 4920 Kg/cm2


P=3.04 Kgf/m A=3.87 cm2

Tamaño de la soldadura de filete:

D=? Tl=6mm por lo tanto:

Dmin=

Dmax: Sí tl 6mm; D=(tl-2mm)


Proyectos I

Dmax=6mm-2mm=4mm; de modo que:

3.175mm<D<4mm

D=4mmProceso de Arco protegido:

Resistencia de soldadura por unidad de longitud:

Para 2L:

Para este caso: L1=1.72 cm L2=1.6 cm


Proyectos I

DISEÑO DE LA PLACA BASE PARA COLUNMAS:

Diseño de la placa base por carga axial (mezzanina):

Para garantizar el área necesaria fijamos arbitrariamente los

valores correspondientes A y B


Proyectos I

Las dimensiones finales de la placa son:

36x 31 x 1.10


Proyectos I

Diseño de la placa base por carga axial y momento:

Perfil 2U 120X45

P = 6093.44 Kgf (carga trasmitida por la columna )

Mx = 7712.9 Kgf-m


Proyectos I

como e > A/2 se tiene:


Proyectos I

Las dimensiones finales de la placa son:

32x 28 x 4.5

RECOMENDACIONES

- Para alargar la vida útil de cualquier estructura de acero, estas deben ser revestidas para su protección contra la corrosión atmosférica; seleccionando un sistema de pintura que evite dicha corrosión.

- Por otra parte; aunque el acero estructural no mantiene la combustión y retiene su resistencia a elevadas temperaturas, existe la amenaza de fuego sostenido de alta temperatura, por lo que se requiere que se le proteja con materiales resistentes al fuego.

- Tomar en cuenta la mayoración de cargas por sismo, debido a que gran parte de nuestro país, corre el riesgo de sufrir un movimiento de tierra; y de esta forma disminuir la posibilidad de colocar en el sistema aporticado


Proyectos I

metálico, diagonales (Cruces de San Andrés), para evitar los movimientos por sismos ya que las mismas resultan estéticamente desagradables.

REFERENCIA BIBLIOGRAFICA

- Mc. CORMAC, Jack C. Diseño de estructuras de acero (Método L.R.F.D). Clemson University, E.U.A, editorial Alfaomega, México, D.F. 1996.

- PROPERCA. Manual de estructuras de acero. Primera edición. 1997. COVENIN-MINDUR.

- Frederick S. Merritt. Manual del ingeniero civil. Tercera edición. Tomo II, Mc Graw-Hill, México, D.F. 1998.

diseño de un galpon industrial

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