Diseo de estructura tipo HOWE

Diseo de estructura tipo HOWEagosto 22014Curso de tecnologa de la soldadura I - UNTELSAlumno: cordova Ananque Renso enrique

INTRODUCCINEl diseo de una estructura metlica compuesta por tijerales es una forma de construccin muy comn en el mercado estructural, aplicado generalmente a instalaciones industriales, minera y almacenes.En el diseo se prev utilizar tablas concernientes a las medidas estndares de perfiles de aceros fabricados con tecnologa nacional. Aunque este es un estudio preliminar solo presentaremos clculos de tijerales y columnas, la construccin en si no se presentara en detalle.OBJETIVOS GENERALES Disear y dimensionar una estructura metlica de acuerdo a especificacin alcanzada en clase.OBJETIVOS ESPECFICOS Conocer los parmetros concernientes al diseo estructural Verificar el uso de tablas en el dimensionamiento de las estructuras.

MARCO TEORICO

Una estructura tipo Howe La armadura Howe es la inversa de la Pratt. Tiene la ventaja de que para cargas livianas las 2 cuales pueden revertirse como la carga de viento, funciona de manera similar a la primera. Adems resulta que la cuerda en tensin presenta una mayor fuerza que la fuerza que se produce en la cuerda en compresin en la mitad del claro, para cargas verticales convencionales.

Estructuras metlicas comunes

DISEO DE UNA ESTRUCTURA TIPO HOWE

1. Datos

Luz: 9 m Pendiente (): 25 Carga de diseo: 80 kg/m2 Distancia entre tijerales: 4.5 m Altura: 5.5 m Longitud: 27 m:Carga total de diseo: 80 kg/m2

2. Peso aproximado de todo el techo (Ft).Ft = At * CtEn donde:At = area del techoCt = carga de diseoReemplazando:Ft = (27 m * 9 m) * 80 kg/m2 = 19440 kgFt = 19440 kg

Vista de estructura tipo HOWE

3. Aplicamos la notacin de Bow para identificar las fuerzas y las barras

reas descritas por los tijerales

4. Hallamos las cargas en los nudosF1 = A1 * CT = (0.75 * 22.5) m2 * 80 kg/m2 = 1350 kgF2 = A2 * CT = (1.5 * 22.5) m2 * 80 kg/m2 = 2700 kgF3 = A3 * CT = (1.5 * 22.5) m2 * 80 kg/m2 = 2700 kgF4 = A4 * CT = (1.5 * 22.5) m2 * 80 kg/m2 = 2700 kgF5 = A5 * CT = (1.5 * 22.5) m2 * 80 kg/m2 = 2700 kgF6 = A6 * CT = (1.5 * 22.5) m2 * 80 kg/m2 = 2700 kgF7 = A7 * CT = (0.75 * 22.5) m2 * 80 kg/m2 = 1350 kgReacciones en los apoyos del tijeralRA = RB = (F1 + F2 + F3 + F4 + F5 + F6 + F7)/2= (1350+ 2700 + 2700 + 2700 +2700 + 2700 + 1350)/2RA = RB = 8100 kg

5. Calculo de las cargas en las barras

Desarrollo de los nudos: Nudo 1: Fx = 0FI/A FC/I cos 25 = 0 (1) Fy = 0RA F1 FC/I sen 25 = 0RA F1 = FC/I sen 25FC/I = (RA F1) / sen 25 = (8100 1350) / sen 25 = 15971.86069 kgReemplazando valores en (1)FI/A FCI cos 25 = 0 FI/A = 15971.86069 * cos 25 = 14475.42171 kg Nudo 2: Fx = 0FJ/A FI/A = 0FJ/A = FI/A = 14475.42171 kg Fy = 0FI/J = 0 (barra de fuerza cero) Nudo 3:

Fx = 0FC/I cos 25 FD/K cos 25 FJ/K cos 25 = 0 FC/I cos 25 = FD/K cos 25 + FJ/K cos 25FC/I = FD/K + FJ/K (2)FD/K = FC/I - FJ/K.. (3) Fy = 0FC/I sen 25 F2 FD/K sen 25 + FJ/K sen 25 = 0(FC/I FD/K + FJ/K) sen 25 = F2 . (4) Reemplazando la ecuacin (2) en la ecuacin (4)(FD/K + FJ/K FD/K + FJ/K) sen 25 = F2FJ/K = F2 / 2 sen 25 FJ/K = 2700 / 2 sen 25 = 3194.372137 kgReemplazando valores en la ecuacin (3)FD/K = FC/I - FJ/K FD/K = 15971.86069 - 3194.372137 = 12777.48855 kg

Nudo 4: Fx = 0FL/A + FJ/K cos 25 FJ/A = 0 FL/A = FJ/A - FJ/K cos 25 FL/A = 14475.42171 - 3194.372137 cos 25 FL/A = 11580.33737 kg Fy = 0FK/L FJ/K sen 25 = 0 FK/L = FJ/K sen 25 FK/L = 1350 kg Nudo 5:

Fx = 0FD/K cos 25 FE/M cos 25 FL/M cos43 = 0FD/K cos 25 = FE/M cos 25 + FL/M cos 43 Fy = 0F3 + FK/L + FE/M sen 25 FD/K sen 25 FL/M sen43 = 0F3 + FK/L FD/K sen 25 = FL/M sen43 FE/M sen 25Despejando FE/M:FL/M = FD/K cos 25 FE/M cos 25 = 4050 FD/K sen 25 + FE/M sen 25 Cos 43 sen 43

[(12777.48855 * 0.906307787) FE/M 0.906307787] * 0.6819983601 = [4050 (12777.48855 * 0.4226182617) + FE/M * 0.4226182617] * 0.731353701 7897.771097 FE/M * 0.6181004245 = FE/M * 0.3090834298 987.3274938FE/M * 0.3090834298 + FE/M * 0.6181004245 = 7897.771097 + 987.3274938FE/M (0.3090834298 + 0.6181004245) = 8885.098591FE/M = 8885.098591 / 0.9271838543 = 9582.887525 kgDespejando FL/M:FD/K cos 25 FE/M cos 25 = FL/M cos 43FL/M = ( FD/K cos 25 FE/M cos 25) / cos 43 = 3958.811967 kg

Nudo 6:

Fx = 0FE/M cos 25 FF/N cos 25 = 0FE/M cos 25 = FF/N cos 25 = 9582.887525 * cos 25 = 8685.045586 kg Fy = 0F4 4049.903268 FE/M sen 25 FF/N cos 25 = 02700 FM/N 4049.903268 4049.903268 = 0FM/N = 2700 8099.806537 = -5399.806537 kgEl signo negativa significa que la barra esta sometida a traccin, cambiar el sentido del vector.

Nudo 7

Fx = 0FL/A + FL/M cos 43 FO/A FM/N cos 43= 0 FL/A + FN/O cos 43 = FO/A + FL/M cos 43 11580.33737 + FN/O cos 43 = FO/A + 2895.291786FO/A FN/O cos 43 = 8595.045584 kg.(3) Fy = 0FM/N FL/M sen 43 FN/O sen 43 = 0FN/O sen 43 = FM/N FL/M sen 43 FN/O = 5399.806537 2699.903269 Sen 43FN/O = 3958.811965 kgReemplazando valores en (3)FO/A = 8595.045584 + FN/O cos 43 FO/A = 8595.045584 + 2895.291785FO/A = 11490.33737 kg.Identificando las fuerzas de traccin o compresin que actan sobre las barras

BARRALONGITUD (m)CARGA

TRACCIN COMPRESION

L C/I1.6515971.86069

L I/A1.5014475.42171

L I/J0.69

L J/A1.5014475.42171

L J/K1.653194.372137

L D/K1.6512777.48855

L K/L1.391350

L L/A1.5011580.33737

L L/M2.053958.811967

L E/M1.659582.887525

L M/N2.095399.806537

L F/N1.659582.887525

L N/O2.053958.811967

L O/A1.5011580.33737

L O/P1.391350

BARRALONGITUD (m)CARGA

L G/P1.6512777.48855

L P/Q1.653194.372137

L Q/A1.5014475.42171

L Q/R0.69

L R/A1.5014475.42171

L R/H1.6515971.86069

En el sistema inglesBARRALONGITUD (m)CARGA

TRACCIN COMPRESION

L C/I5.4136535211.56408

L I/A4.921531912.5147

L I/J2.26389

L J/A4.921531912.5147

L J/K5.413657042.312813

L D/K5.4136512777.48855

L K/L4.560592976.21

L L/A4.921525530.01177

L L/M6.726058727.596862

L E/M5.4136521126.43384

L M/N6.8572911904.41349

L F/N5.4136521126.43384

L N/O6.726058727.596862

L O/A4.921525530.01177

L O/P4.560592976.21

L G/P5.4136512777.48855

L P/Q5.413657042.312813

L Q/A4.921531912.5147

L Q/R2.26389

L R/A4.921531912.5147

L R/H5.4136535211.56408

6. Seleccin de los perfiles angulares.Para la barra sometida a la mxima compresin:Barra: L C/ILongitud: 5.41365 piesCarga: 35211.56408 lbs (compresin)

Primera condicin: min = l / 180 = 5.41365 * 12 pulg/pie = 0.36091 pulg 180Utilizaremos perfiles angulares de acero tipo ASTM A 36

De la tabla, seleccionaremos el perfil doble de radio de giro () = 0.465 pulg; 2 - 1 * 1 * 1/8 Segunda condicin:d F / APara el acero estructural ASTM A 36 y = 36000 lbs / pulg2Esfuerzo de diseo para compresion:d = 0.4 * y = 0.4 * 36000 lbs/pulg2 = 14400 lbs/pulg2rea mnima que debe tener el perfil seleccionado:Amin = F / d = 35211.56408 lbs / 14400 lbs/pulg2 = 2.445247506 pulg2De la tabla, escogeremos:2 - 2 * 2 * 3/8

7. Para la barra sometida a mxima traccin:Barra: L I/ALongitud: 4.9215 piesCarga: 31912.5147 lbs (traccin)Condicin:d F / AEsfuerzo en diseo en traccin (d)Para toda la brida superior.

Utilizaremos perfiles angulares dobles de acero estructural ASTM A-36 (de la tabla) ; A= 0.6 Como : A= 0.6 .(OK) Para la barra ( LM/N):Barra : LM/NLongitud: 6.85729 piesCarga: 5399.806537 lbs (traccin)

Esfuerzos de diseo en traccion (d)d=0.6* y = 0.6*36,000 Area minima de perfil (Amin)

Barra LM/L- Barra : LM/L- Longitud : 6.72605pies- Carga : 8727.596862 lbs (compresin)* Primera condicin:

De la tabla seleccionamos el perfil:

Segunda condicin:

d F / A Esfuerzos de diseo en traccion (d)d=0.4* y = 0.4*36,000 * Area minima de perfil (Amin)

* Barra ( LK/L)- Barra : LK/L- Longitud : 6.414 pies- Carga : 2976.21lbs (traccin) - Esfuerzos de diseo en traccion (d)d=0.6* y = 0.6*36,000 * Area minima de perfil (Amin)

Como : A = 0.234 *Barra ( LL/K)- Barra : LM/LL- Longitud : 4.560595.2716 pies- Carga : 1799.3945 lbs (compresin)* Primera condicin:

De la tabla seleccionamos el perfil:

- Esfuersos de diseo en traccion (d)d=0.4* y = 0.4*36,000 * Area minima de perfil (Amin)

Area del perfil seleccionado anteriormente :A=0.23 Amn= 0.12495795

DISEO DE LAS COLUMNAS :H= 4.5 M = l = 14.7645 piesRA= RB = 1755 Kg = 3869.073 lbs* Primera condicin:

Seleccionamos una viga H de ala ancha WF, de WE_6*6, x-x= 2.56 pulg ; y-y= 1.45 pulg ; A= 4.62 . Segunda condicin:

- Esfuersos de diseo para la compresion (d)d=0.4* y = 0.4*36,000 * Area minima dela viga (Amin)

* Como el area del perfil seleccionado anteriormente:A=4.62 Amn= 0.2686885625

Detalles de las columnas

PresupuestoSERAN 7 TIJERALES Y 14 COLUMNAS LOS CUALES REQUERIRN LOS SIGUIENTES MATERIALES, TODAS DE ACERO ESTRUCTURAL TIPO ASTM A-36:TIJERALES:MATERIALLONGITUD REQUERIDA (m)LONGITUD COMPRADA(m)VALOR (S/)

13.1215223.75

1212174.28

8.676930.20

4.01633.65

4.01652.98

5.0046105.50

VALOR TOTAL POR UN TIJERAL620.36

SUB TOTAL 1 :VALOR TOTAL NETO POR 4 TIJERALESS/2481.44

COLUMNAS:MATERIALLONGITUD REQUERIDA (m)LONGITUD COMPRADA(m)VALOR (S/)

VIGA H DE ALA ANCHA WF 6x6 XX=2.56

YY=1.45 rea: 4.62 Pulg256392.50

VALOR TOTAL POR 1 COLUMNA392.50

SUB TOTAL 2: VALOR TOTAL NETO POR 8 COLUMNASS/3140.00

TOTAL: VALOR TOTAL DE LA ARMADURAS/5621.44

CONCLUSIONESDe acuerdo con este estudio, es posible determinar tericamente un clculo aproximado de una estructura tipo HOWE. Aunque como se dijo en la introduccin, se puede presentar errores al momento de calcular, debido al uso de aproximaciones decimales y diversos puntos de anlisis en los nudos, en donde confluyen diferentes fuerzas con direccin, ngulo y sentido.

RECOMENDACIONESAl aplicar fundamentos de estatica, es necesario tener en cuenta el sentido y ubicacin de los vectores de fuerzas.

BIBLIOGRAFA HIBBELER. Mecnica Vectorial para Ingenieros. http://www.tec-digital.itcr.ac.cr/file/2871924/Armaduras_de_acero.pdf