etabs 2013 - practica

Curso: ETABS Extended 3D Analysis of Building Systems (Versin 13.1.1)

ANLISIS SSMICO ESTTICO Y DINMICO DE EDIFICIOS El presente taller tiene por objetivo familizar al participante con aspectos bsicos del modelamiento de estructuras con ETABS, tales como son la definicin de grillas, materiales, secciones, asignacin de elementos, brazos rgidos, diafragmas, ejes locales, masas, cargas, etc. Asimismo, se pretende describir ms de una forma de realizar el anlisis ssmico. PARA INICIAR EL PROGRAMA: 1. Hacer doble click en el icono de Etabs 2013 en el escritorio o busque la carpeta donde se instalo el programa y haga click en ETABS.exe. EJES DE REFERENCIA: 2. Dar click sobre New Model que aparece en la pantalla principal o ir al Men File y hacer click en New Model, aparecer una pequea ventana llamada Model Initialization.

Figura 1. Vistas del modelo.

3. Seleccione: () Use Built-in Settings With Display Units: Metric MKS Steel Section Database: AISC14 Steel Design Code: AISC 360-10 Concrete Design Code: ACI 318-11 dar click en OK y aparecer un nuevo cuadro de dilogo.

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4. En el cuadro New Model Quick Templates: () Uniform Grid Spacing () Simple Story Data Number of Grid Lines in X Direction: 4 Number of Stories: 3 Number of Grid Lines in Y Direction: 4 Typical Story Height: 4 m Spacing of Grids in X Direction: 6 m Bottom Story Height: 4 m Spacing of Grids in Y Direction: 5 m 5. En la zona inferior, correspondiente a Add Structural Objects, damos click sobre el botn Grid Only y luego click en OK. Observamos que volvemos a la pantalla principal, la cual esta dividida en tres ventanas; la ventana de la izquierda nos permite explorar nuestro modelo, la del centro muestra una vista en planta de nuestro modelo y la de la derecha, nos muestra una tridimensional. Opcionalmente puede cerrar la ventana Model Explorer (izquierda). Para poner en foco una ventana haga click en cualquier lugar de la ventana. Use los botones 3 , ,a en vd Pl el , as como aquellos con una flecha hacia arriba o hacia abajo, ubicados en la barra de herramientas superior, para cambiar la vista en las ventanas en planta o 3D. 6. Men EDIT Edit Story and Grid System: En el cuadro Edit Story and Grid System Data, de click sobre Modify / Show Story Data Emerger el cuadro Story Data; en las celdas correspondientes a las alturas (Height), de los pisos 2 y 3 (Story 2 y Story 3) colocar 3 m. Ud. ver como las celdas correspondientes a la elevacin de los niveles de piso cambian a 7 m y 10 m respectivamente. Luego hacer click en OK () (). Se actualiza la venta activa. Puede hacer click sobre la otra ventana y luego en el botn del lpiz (Refresh Window) para actualizarla. 7. Men FILE Save As Seleccione la carpeta donde guardar su trabajo, escriba el nombre y haga click en Guardar. MATERIALES 7. Men DEFINE Material Propertiesen la ventana Define Materials seleccione 4000Psi y luego haga click en Modify / Show Material. Aparecer la ventana Material Property Data, donde cambiaremos los siguientes datos: General Data: Material Name: FC210 Material Weight and Mass: Weight per Unit Volume: 2400 kgf/m3 Mechanical Property Data: Modulus of Elasticity, E: 2173.7 kgf/mm2

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Poissons Ratio, U: 0.15 Design Property Data Dar click sobre Modify/Show Material Property Design Data y aparecer el cuadro de dilogo Material Property Data donde cambiaremos el valor de fc. Specified Concrete Compressive Strength, fc: 2.1 kgf/mm2

OK () , para volver al cuadro anterior (Material Property Data). Advanced Material Property Data

Click sobre Material Damping Properties, y colocar 0.05 (5%) en Damping Ratio, OK (), OK (), OK () para aceptar los cambios realizados. 8. Men DEFINE Material Propertiesen la ventana Define Materials haga click en Add New Material, en la ventana Add New Material Property seleccionar los siguientes datos: Region: User Material Type: Concrete Luego hacer click en OK. Aparecer la ventana Material Property Data, donde cambiaremos los siguientes datos: General Data: Material Name: LOSA210 Material Weight and Mass: Weight per Unit Volume: 9000 kgf/m3

Se considerar una losa de 5 cm equivalente a una losa de 20 cm, la cual pesa 450 kgf/m2 (que incluye 300 kgf/m2 de peso propio, 50 kgf/m2 de acabados y 100 kgf/m2 de tabiquera mvil).

Mechanical Property Data: Modulus of Elasticity, E: 2173.7 kgf/mm2 Poissons Ratio, U: 0.15 Design Property Data Dar click sobre Modify/Show Material Property Design Data y aparecer el cuadro de dilogo Material Property Data donde cambiaremos el valor de fc. Specified Concrete Compressive Strength, fc: 2.1 kgf/mm2

OK () , para volver al cuadro anterior (Material Property Data). Advanced Material Property Data Click sobre Material Damping Properties, y colocar 0.05 (5%) en Damping Ratio. Aceptamos los cambios realizados dando click sobre OK tres veces, hasta volver a la pantalla principal.

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SECCIONES 9. Men DEFINE Sections Properties Frame Sections En el cuadro Frame Properties de click sobre Delete Multiple Properties, luego en el cuadro Delete Multiple Frame Section Propseleccionamos todas las secciones y damos click sobre Delete Selected Frame Sections hasta borrar las secciones que vienen por defecto, OK (). 10. De vuelta en el cuadro Frame Properties, de click en Add New Propertyy en el cuadro Frame Property Shape Type seleccionar la seccin rectangular de concreto y cambiar los siguientes valores del cuadro Frame Section Property Data: General Data: Property Name: V30X60 Material: Desplegamos la lista y seleccionamos FC210 Display Color: Change para escoger algn color (opcional) Section Dimensions: Depth: 600 mm Width: 300 mm Reinforcement:

Modify/Show Rebar(), nos muestra el cuadro Frame Section Property Reinforcement Data,:donde modificamos Design Type: () M3 Design Only (Beam)

OK () () para volver al cuadro Frame Properties. 11. Haga click nuevamente en Add New Property, en la opcin Section Shape, despliegue la cascada y escoja Concrete Rectangular y luego OK. En el cuadro Frame Section Property Data modifique los siguientes valores: General Data: Property Name: C30X50 Material: Desplegamos la lista y seleccionamos FC210 Display Color: Change para escoger algn color (opcional) Section Dimensions: Depth: 500 mm Width: 300 mm Reinforcement:

Modify/Show Rebar(), nos muestra el cuadro Frame Section Property Reinforcement Data,:donde modificamos Design Type: () P-M2-M3 Design (Column)

OK () OK () para aceptar los cambios y volver al cuadro Frame Properties.

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12. Agregue de manera similar la seccin P30X200 (Depth=300 mm, Width=2000 mm), asegurandose que en Reinforcement indique Column. OK () OK ().

13. Al terminar con todas las secciones requeridas, haga OK () para cerrar el cuadro Frame Properties. 14. Men DEFINE Sections Properties Deck Sections, en la ventana Deck Property, de click sobre Modify / Show Property y coloque: General Data: Property Name: LOSA Type: Desplegamos la lista y seleccionamos SOLID SLAB Slab Material: Seleccionamos LOSA210 Property Data: Slab Depth, tc: 50 mm Los dems valores se pueden dejar por defecto, opcionalmente puede llenar esas celdas con valores mnimos como 1.

OK () OK (). 15. Guarde su modelo, haciendo click en el botn Save (el que tiene dibujado un diskette). ASIGNACIN DE SECCIONES 16. Ponga en foco la ventana de vista en planta (Plan View), luego vaya al men VIEW Set Building View Limits... en el cuadro Set Building View Limits en la zona Set Story Range (ubicado en la parte inferior) en la opcin Top Story: Seleccionar STORY1 (del men desplegable) OK (). 17. Ir al men VIEW Set 3D View. Y en la ventana Set 3D View, hacer click en el icono 3d y luego colocar los siguientes ngulos: Plan = 229, Elevation = 33, Aperture = 50. OK (). 18. Men DRAW Draw Beam/Column/ Brace Objects Quick Draw Beams/Columns (Plan, Elev, 3D), aparecer la ventana Properties of Object, en la opcin Property despliegue la cascada y seleccione la seccin C30X50, luego con el mouse haga click sobre las grillas en donde se ubicarn las columnas del 1er piso (vase la figura 1). Al terminar de dibujar las columas, desactive la opcin de dibujo rpido, presionando la tecla ESC de su teclado. 19. Men DRAW Draw Beam/Column/ Brace Objects Quick Draw Beams/Columns (Plan, Elev, 3D), aparecer la ventana Properties of Object, en la opcin Property despliegue la cascada y esta vez seleccione la seccin P30X200, luego con el mouse haga click sobre las grillas en donde se ubicarn las placas del 1er piso (vase la figura 1).

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20. Para ver la estructura dibujada, ponga en foco la ventana de la derecha y vaya al men VIEW Set Display Options, en la ventana Set View Options, en el rea de Special Effects marcar Extrude Frames ( ) OK (). Se visualizar el volumen de las secciones, notndose que las placas ubicadas en 1-C y 4-C tienen una orientacin equivocada. 21. Seleccione con el mouse las placas ubicadas en los ejes 1-C y 4-C. Luego ir al men ASSIGN Frame Local Axes y en el cuadro Frame Assignment Local Axes colocar:

() Angle: 90 deg OK (). Luego aparecern los ejes locales de los elementos verticales. Opcionalmente si desea visualizar grficamente la nueva orientacin de las placas, ponga en foco la ventana de la derecha (3-D View) y de click en el botn Refresh Window (cono de un lapicero) ubicado en la parte derecha de la barra de herramientas superior. 22. Para dibujar las vigas del primer piso, pongo en foco la ventana de la izquierda, y haga click en el botn anPl y seleccione STORY1, OK ().

23. Men DRAW Draw Beam/Column/ Brace Objects Quick Draw Beams/Columns (Plan, Elev, 3D), aparecer la ventana Properties of Object, en la opcin Property despliegue la cascada y seleccione la seccin V30X60, luego con el mouse haga una ventana que encierre toda la planta, desde el extremo 4-A hasta el extremo opuesto 1-D, luego salga del modo dibujo presionando la tecla ESC de su teclado. 24. Ahora copiaremos los elementos a los otros dos niveles, para esto ponemos en foco la ventana de la derecha y seleccionamos todos los elementos a travs de una ventana con el mouse. 25. Ir al men EDIT Replicate y en la ventana Replicate seleccione la pestaa Story, y seleccione los pisos 2 y 3 (STORY2 y STORY3) con la ayuda de la tecla Shift de su teclado, luego OK (). 26. Para restaurar los lmites de visualizacin de la ventana de la izquierda (Plan View), vaya al men VIEW Set Building View Limits en el cuadro Set Building View Limits en la zona Set Story Range (ubicado en la parte inferior) en la opcin Top Story: de click sobre el botn Show All, luego OK (). ASIGNACIN DE BRAZOS RGIDOS 27. Seleccione todos los elementos haciendo click en el botn all. 28. Men ASSIGN Frame End Length Offsets 29. En el cuadro Frame Assignment End Length Offsets, marque: () Automatic from Connectivity Rigid-zone factor: 0.5

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OK (). Podr notar en color oscuro las zonas rgidas en cada elemento. APOYOS 30. Ponga en foco la ventana de la izquierda y haga click en el botn Move Down in List (flecha hacia abajo) ubicado en la barra de herramientas superior hasta descender hasta la Base Z = 0 (m). 31. Luego seleccione todos los nudos de la base haciendo con el mouse una ventana (note que los nudos estn marcads con una X). 32. Men ASSIGN Joint Restraints. Luego en el cuadro Joint Assignment Restraints seleccione en el rea Fast Restraints la opcin para empotramiento perfecto (primer icono de la izquierda). Ntese que las restricciones a desplazamiento y giro en todas las direcciones estn activadas. Luego OK (). Opcionalmente puede activar las casillas correspondientes a los seis grados de libertad. ASIGNACIN DE LOSAS

33. Ponga en foco la ventana de la izquierda. Luego haga click en el botn anPl y ubquese en el 1er piso (seleccione STORY1), OK (). 34. En la barra inferior de la ventana de la derecha, escoja la primera opcin ONE STORY, despliegue la cascada y seleccione Similar Stories para activar la opcin de dibujo mltiple, la cual nos permitir dibujar en paralelo en los tres niveles. 35. Men DRAW Draw Floor/Wall Objects Quit Draw Floor/Wall (Plan, Elev), en el cuadro Properties of Object, asegurese de que este seleccionado lo siguiente: Property: LOSA Local Axes: 90 Draw Object Using: Grids Haga una ventana que encierre toda la planta, desde el extremo 4-A hasta el extremo opuesto 1-D. Salga del modo dibujo presionando la tecla ESC de su teclado y desactive la opcin de dibujo mltiple seleccionando en la parte derecha de la barra inferior la opcin One Story.

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ASIGNACIN DE DIAFRAGMAS 36. En la ventana de la izquierda, asegurese de ubicarse en el primer piso, puede ayudarse con los botones Move Up in List ( )y Move Down in List ( ). En esta misma ventana seleccione todos los nudos de la losa. 37. Vaya al men ASSIGN Joints Diaphragms, aparecer el cuadro Joint Assignment Diaphragms seleccione D1 y OK ().

38. Ubiquese ahora en el segundo piso (STORY 2) con la ayuda del botn . 39. Seleccione todos los nudos de la losa e ir al men ASSIGN Joints Diaphragms, en el cuadro Joint Assignment Diaphragms de click sobre el botn Modify/Show Definitions, en el cuadro Define Diaphragm de click en el botn Add New Diaphragm y luego OK () OK () OK (). 40. Finalmente, ubquese en el tercer piso (STORY 3), seleccione todos los nudos de la losa y vaya al men ASSIGN Joints Diaphragms, en el cuadro Joint Assignment Diaphragms de click sobre el botn Modify/Show Definitions, luego en el botn Add New Diaphragm y de OK () tres veces. CARGAS EN LOSAS

41. Ubquese en el 1er piso dando click en el botn anPl y seleccionando STORY1), OK (). Seleccione todos los elementos haciendo una ventana con el mouse, luego suba al segundo nivel usando el botn y tambin seleccione todo. En la parte inferior izquierda de su pantalla debe decir: 32 Joints, 80 Frames, 18 Shells, 72 Edges selected. 42. Ir al men ASSIGN Shell Loads Uniform, luego en el cuadro Shell Load Assignment Uniform seleccione: Load Pattern Name: Live (men desplegable) Uniform Load: Load: 250 (kgf/m2) Direction: Gravity (men desplegable) Options: () Add to Existing Loads

OK (). De este modo se han cargado las losas del primer y segundo piso con 250 kgf/m2. 43. De manera similar cargue la losa del 3er piso con 150 kgf/m2.

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MASA DE LA ESTRUCTURA 44. Men DEFINE Mass Source, en la ventana Define Mass Source deseleccione las primeras dos opciones y seleccione la tercera como se muestra: Mass Source: ( ) Element Self Mass ( ) Additional Mass ( ) Specified Load Patterns Define Mass Multiplier for Loads: Load: Live (men desplegable) Multiplier: 0.25

Luego de click en Add y OK (). ESTADOS DE CARGA a) Gravedad Los sistemas de carga por gravedad, que el programa tiene por defecto son la carga muerta (DEAD) y viva (LIVE). El sistema de carga muerta por defecto incluye el peso propio de los elementos. 45. Para visualizar los estados de carga, vaya al men DEFINE Load Patterns, ventana Define Load Patterns. b) Sismo Se definirn dos sistemas de carga estticos para sismo: El primer sistema de carga usar el mtodo de los coeficientes, el cual calcula las fuerzas inerciales a partir de un coeficiente ssmico que se ingrese al programa. El segungo mtodo, llamado de las fuerzas, se ingresan las fuerzas inerciales en cada nivel de acuerdo a un clculo previo. 46. Men DEFINE Load Patterns, en la ventana Define Load Patterns agregue: Load Type Self Weight Multiplier Auto Lateral Load (men desplegable) (men desplegable) --------- --------- ------------------------------- -------------------------- SISMO1X SEISMIC 0 User Coefficient Haga click en el botn Add New Load y luego click en el botn Modify Lateral Load; y en el cuadro Seismic Load Pattern User Defined, colocar:

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Directions and Eccentricity: ( ) X Dir ( ) X Dir + Eccentricity ( ) X Dir - Eccentricity

Ecc. Ratio (All Diaph.): 005 Factors: Base Shear Coefficient. C: 0.1428 Building Height Exp., K: 1.0 Story Range: Top Story: Story3 (men desplegable) Bottom Story: Base (men desplegable)

OK (). 47. De vuelta en la ventana Define Load Patterns, se ubicar en la celda Load y cambiar el nombre de la carga a SISMOX2, luego en la celda Auto Lateral Load, despligue la cascada y escoja User Loads, de la siguiente forma: Load Type Self Weight Multiplier Auto Lateral Load (men desplegable) (men desplegable) --------- --------- ------------------------------- -------------------------- SISMO2X SEISMIC 0 User Loads Entonces, presione el botn Add New Load para agregar la nueva carga y luego el botn Modify Lateral Load. En la ventana User Seismic Loads on Diaphragms, colocar: Story Diaphragm Fx Fy Mz

____ _________ tonf tonf tonf-m STORY3 D3 40.21 0 0 STORY2 D2 36.01 0 0 STORY1 D1 20.55 0 0 ( ) Apply Load at Diaphragm Center of Mass Additional Eccentricity Ratio (all Diaphragms): 0.05

OK () OK ().

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