generador de pórticos - uniones.cype.esuniones.cype.es/pdfs/it_m3d2003.pdf · extremos de las...

INGENIEROSCYPE

Software para

Arquitectura,

Ingeniería y

Construcción

Metal 3DGenerador de Pórticos

Versión 2003

2 Metal 3DMetal 3DMetal 3DMetal 3DMetal 3D - Potencia y eficacia para las estructuras metálicas

3Metal 3DMetal 3DMetal 3DMetal 3DMetal 3D - Potencia y eficacia para las estructuras metálicas

Índice general

Presentación ............................................................................................................................................. 7

1. Memoria de cálculo ....................................................................................................... 91.1. Introducción ...................................................................................................................................... 9

1.2. Análisis efectuado ........................................................................................................................... 10

1.3. Materiales empleados ..................................................................................................................... 11

1.4. Cálculo de tensiones ....................................................................................................................... 13

1.4.1. Acciones consideradas ........................................................................................................... 13

1.4.2. Combinaciones ........................................................................................................................ 13

1.4.3. Obtención de esfuerzos .......................................................................................................... 14

1.5. Comprobaciones realizadas ........................................................................................................... 15

1.6. Cálculo de la longitud de pandeo .................................................................................................. 16

1.7. Cimentación .................................................................................................................................... 18

1.7.1. Zapatas aisladas ...................................................................................................................... 18

1.7.2. Encepados (sobre pilotes) ...................................................................................................... 19

1.7.3. Placas de Anclaje .................................................................................................................... 20

2. Datos de entrada ........................................................................................................ 222.1. Introducción de la geometría ......................................................................................................... 22

2.1.1. De forma manual ...................................................................................................................... 22

2.1.2. Con una captura por DXF ....................................................................................................... 22

2.1.3. Importando un fichero de texto o un DXF .............................................................................. 22

2.1.4. Mediante generación ............................................................................................................... 23

2.2. Descripción de nudos .................................................................................................................... 23

2.3. Descripción de perfiles ................................................................................................................... 24

2.4. Descripción de materiales .............................................................................................................. 26

2.5. Agrupación de barras .................................................................................................................... 26

2.6. Pandeo ............................................................................................................................................ 26

2.7. Pandeo lateral ................................................................................................................................. 26

2.8. Flecha límite ..................................................................................................................................... 27

2.9. Perfil real .......................................................................................................................................... 27

2.10. Pieza .............................................................................................................................................. 27

2.11. Coeficientes de empotramiento ................................................................................................... 27


2.12. Cargas ........................................................................................................................................... 27

2.12.1. Desplazamientos prescritos ................................................................................................... 28

2.13. Cimentación .................................................................................................................................. 28

3. Cálculo y resultados ................................................................................................... 313.1. Proceso de cálculo ......................................................................................................................... 31

3.2. Comprobación de barras ............................................................................................................... 31

3.3. Redimensión .................................................................................................................................... 31

3.4. Obtención de resultados ................................................................................................................ 31

3.4.1. Desplazamientos ...................................................................................................................... 31

3.4.2. Reacciones ............................................................................................................................... 31

3.4.3. Empresillado ............................................................................................................................ 31

3.4.4. Sismo dinámico ........................................................................................................................ 32

3.4.5. Leyes ........................................................................................................................................ 32

3.4.6. Envolventes ............................................................................................................................... 32

3.4.7. Leyes en un punto ................................................................................................................... 32

3.4.8. Envolventes en un punto .......................................................................................................... 32

3.4.9. Ley máxima y envolvente máxima ........................................................................................... 33

3.4.10. Zapatas .................................................................................................................................. 33

3.4.11. Encepados sobre pilotes ....................................................................................................... 33

3.4.12. Placas anclaje ........................................................................................................................ 33

4. Listados y planos ........................................................................................................ 344.1. Listados por impresora ................................................................................................................... 34

4.2. Dibujo de planos ............................................................................................................................. 34

5. Generador de Pórticos ............................................................................................... 36


Presentación

Éste es un programa específicamente desarrollado parafacilitar el cálculo y diseño de estructuras metálicas de manera ágily precisa.

Con esta aplicación puede trabajar de manera totalmenteinteractiva con ventanas en dos y tres dimensiones. Contiene unacompletísima base de datos de perfiles laminados, conformadosy armados, con todos los tipos posibles, sin simplificaciones.

Calcula cualquier tipo de estructura realizando todas lascomprobaciones exigidas por la norma.


1. Memoria de cálculo

1.1. Introducción

Metal 3D calcula estructuras tridimensionales (3D) definidas con elementos tipo barras en elespacio y nudos en la intersección de las mismas.

Puede emplear cualquier tipo de material para las barras. La estructura se define a partir de lascaracterísticas mecánicas y geométricas.

Si emplea acero, obtendrá su dimensionado de forma automática.

La introducción de datos y la consulta de resultados se realiza de forma gráfica. Ambos sepueden imprimir o exportar en un fichero de texto.

Los planos y las leyes de esfuerzos se pueden dibujar con una impresora o un plotter, aunquetambién es posible crear ficheros DXF y metaficheros.

Vistas de una estructura metálica.


1.2. Análisis efectuado

El programa considera un comportamiento elástico y lineal de los materiales. Las barras defini-das son elementos lineales.

Las cargas de las barras se pueden aplicar en cualquier dirección. Las cargas pueden ser uni-formes, triangulares, trapezoidales, puntuales, momentos e incremento de temperaturadiferente en caras opuestas.

En los nudos se pueden aplicar cargas puntuales en cualquier dirección. Se emplean nudos to-talmente genéricos y se admiten uniones empotradas, articuladas, empotradas elásticamente,vinculaciones entre las barras y entre éstas y el nudo.

Utiliza cualquier tipo de apoyo. Es posible emplear apoyos elásticos en cualquier dirección yzapatas de hormigón armado. También puede emplear desplazamientos y giros impuestospara cada hipótesis de carga.

Las hipótesis de carga no tienen limitación en cuanto a su número. Según su origen, se podránasignar a peso propio, sobrecarga, viento, sismo y nieve. A partir de las hipótesis básicaspuede definir y calcular cualquier tipo de combinación con diferentes coeficientes.

Podrá establecer hasta 8 estados de combinación diferentes:

� Hipótesis simples.

� Hormigón (estados límite últimos).

� Cimentación. Equilibrio (estados límite últimos).

� Cimentación. Tensiones del terreno (tensiones admisibles).

� Genéricas.

� Desplazamientos (estados límite de servicio).

� Acero (laminado y armado).

� Acero (conformado).

Para cada estado puede definir un número indeterminado de combinaciones, indicando sunombre y sus coeficientes.

A partir de la geometría se obtiene la matriz de rigidez de la estructura y las matrices de cargaspor hipótesis simples. La matriz de desplazamientos de los nudos de la estructura se obtieneinvirtiendo la matriz de rigidez por métodos frontales.

Después de hallar los desplazamientos por hipótesis, se calculan todas las combinacionespara todos los estados y los esfuerzos en cualquier sección a partir de los esfuerzos en losextremos de las barras y las cargas aplicadas en las mismas.


Desplazamientos

1.3. Materiales empleados

Los materiales que puede emplear Metal 3D se clasifican en cuatro tipos: genéricos, hormi-gón armado, acero laminado y armado y acero conformado.

1. Materiales genéricos. Las características de los materiales pueden introducirse de formagenérica. En ese caso debe indicar:

� Módulo de elasticidad longitudinal (E).

� Módulo de elasticidad transversal (G).

� Inercia de torsión (lt).

� Inercia alrededor del eje Y local (ly).

� Inercia alrededor del eje Z local (lz).

� Sección transversal (Ax).

� Peso específico (γ).

� Coeficiente de dilatación térmica (α).


2. Hormigón armado. Si emplea barras de hormigón, ya sean de sección rectangular o cir-cular, debe indicar:

� Resistencia característica del hormigón (fck) o tipo de hormigón.

� Dimensiones:

- rectangular (ancho y canto): B x H

- circular (diámetro): D

3. Acero. Si emplea la biblioteca de perfiles de acero que Metal 3D ofrece por defecto, podráseleccionar de la tipología disponible los perfiles que va a utilizar en cada obra.

Si, por el contrario, desea crear nuevas series y tipos de perfiles, tendrá que indicar en cadacaso la geometría y los datos necesarios según la tipología del perfil.

Existen unos archivos con las características de los tipos de acero. También se incluyen los pa-rámetros de material para pernos y tornillos, si calcula las placas de anclaje.

Biblioteca de perfiles


1.4. Cálculo de tensiones

1.4.1. Acciones consideradas

Metal 3D considera las acciones características para cada una de las hipótesis simples defini-bles:

� Peso propio

� Sobrecarga

� Viento

� Sismo

� Nieve

Edición de hipótesis de carga

1.4.2. Combinaciones

Se consideran las acciones multiplicadas por los coeficientes de ponderación de la bibliotecade combinaciones.


Se forman las combinaciones previstas en la tabla y las que hayan sido definidas o modifica-das para cada cálculo, seleccionando en el grupo de combinaciones correspondiente elestado que se va a calcular.

Combinaciones de cálculo

1.4.3. Obtención de esfuerzos

Para cada combinación empleada se obtienen los esfuerzos mayorados o ponderados, que,en general, serán:

� Axiles (en la dirección del eje x local).

� Cortantes (en la dirección de los ejes y y z locales).

� Momentos (en la dirección de los ejes y y z locales).

� Torsor (en la dirección del eje x local).

Los esfuerzos se obtienen por hipótesis simples o por combinaciones de todos los estadosconsiderados. Esto servirá para el estudio y comprobación de deformaciones y tensiones enlas piezas.


Obtención de esfuerzos

1.5. Comprobaciones realizadas

Metal 3D comprueba y dimensiona las barras de la estructura según 3 criterios límite:

� Tensión.

� Esbeltez.

� Flecha.

Además, realiza comprobaciones de abolladura y pandeo lateral, que, si existen, hacen que elperfil sea incorrecto.

Si se superan los límites, Metal 3D puede realizar un dimensionado para hallar en la tabla deperfiles una sección, si existe, que cumpla todas las condiciones.


Comprobación de perfiles

1.6. Cálculo de la longitud de pandeo

La longitud de pandeo expresa la distancia entre dos puntos de inflexión consecutivos de labarra, cuando se deforma al pandear. Por tanto, puede ser mayor o menor que la longitud odistancia entre nudos, según las condiciones de vinculación en los extremos. Para determinarla longitud de pandeo se debe conocer el coeficiente β, ya que:

Lk = β · L

donde,L k: Longitud de pandeoL: Longitud de la barra entre nudos

El programa asigna, por defecto, un coeficiente β = 1, pero es posible modificar este valor. Dehecho, al calcular, si no ha asignado ningún coeficiente, el programa avisa de esta circunstan-cia para que analice si es preciso modificar estos coeficientes en función del tipo de estructuray geometría.

Los coeficientes β se deben establecer respecto a los ejes locales de cada barra en los posi-bles planos de pandeo y en dos direcciones ortogonales: xz, xy.


La asignación de coeficientes β se puede realizar de forma manual, por cálculo aproximado ocon un cálculo exacto como barra aislada.

1. Asignación manual. Consiste en introducir el valor de β que estime conveniente.

2. Cálculo aproximado. Se basa en fórmulas comúnmente aceptadas, pero cuya validezse limita a estructuras sensiblemente ortogonales, que se diferencian en su comportamien-to por su desplazabilidad. En este caso se aceptan estas hipótesis:

� Los soportes pandean simultáneamente.

� Se desprecia el acortamiento elástico de los soportes.

� Las vigas se comportan elásticamente y se unen de forma rígida a los soportes.

� No se modifica la rigidez de las vigas por esfuerzos normales.

3. Cálculo exacto. Está basado en la sustitución de una barra por sus resortes elásticos ensus extremos. Se calcula la estructura con las reacciones en dichos extremos (momentosen los extremos y una carga normal al eje) y se obtiene el coeficiente β para dicha barra.Esto supone que para determinar β hay que realizar un cálculo de la estructura para cadabarra de la que desee determinar su coeficiente, lo que exige un mayor esfuerzo de cálcu-lo.

Este proceso se realiza después de seleccionar las barras de las que desea obtener por estemétodo el coeficiente de pandeo. El tiempo necesario para el cálculo dependerá del tamañode la estructura y el número de barras seleccionadas.

Cálculo de la longitud de pandeo


1.7. Cimentación

1.7.1. Zapatas aisladas

Los tipos de zapatas que resuelve el programa son:

� Zapatas de canto constante.

� Zapatas de canto variable o piramidales.

En planta se clasifican en:

� Cuadradas.

� Rectangulares centradas.

� Rectangulares excéntricas (caso particular: medianeras y de esquina).

Edición de zapatas


1.7.2. Encepados (sobre pilotes)

El programa calcula encepados de hormigón armado sobre pilotes de sección cuadrada o cir-cular de acuerdo a las siguientes tipologías:

� Encepado de 1 pilote (A).

� Encepado de 2 pilotes (B).

� Encepado de 3 pilotes (C).

� Encepado de 4 pilotes (D).

� Encepado lineal. Puede elegir el número de pilotes. Por defecto son 3 (B).

� Encepado rectangular. Puede elegir el número de pilotes. Por defecto son 9 (D).

� Encepado rectangular sobre 5 pilotes, uno de ellos central (D).

� Encepado pentagonal sobre 5 pilotes (C).

� Encepado pentagonal sobre 6 pilotes (C).

� Encepado hexagonal sobre 6 pilotes (C).

� Encepado hexagonal sobre 7 pilotes, uno de ellos central (C).

Criterios de cálculo

� Los encepados (A) se basan en el modelo de cargas concentradas sobre macizos. Se ar-man con cercos verticales y horizontales (opcionalmente con diagonales).

� Los encepados (B) se basan en modelos de bielas y tirantes. Se arman como vigas, conarmadura longitudinal inferior, superior y piel, además de cercos verticales.

� Los encepados (C) se basan en modelos de bielas y tirantes. Se pueden armar con vigaslaterales, diagonales, parrillas inferiores y superiores y armadura perimetral de zunchado.

� Los encepados (D) se basan en modelos de bielas y tirantes. Se pueden armar con vigaslaterales, diagonales (salvo el rectangular), parrillas inferiores y superiores.


Edición de encepados

1.7.3. Placas de Anclaje

En la comprobación de una placa de anclaje, el programa toma como hipótesis básica la deplaca rígida o hipótesis de Bernouilli.

Por tanto, se supone que la placa permanece plana ante los esfuerzos a los que se ve someti-da. Se pueden despreciar sus deformaciones a efectos del reparto de cargas.


Para que esto se cumpla, la placa de anclaje debe ser simétrica, lo que siempre garantiza elprograma, y suficientemente rígida (espesor mínimo en función del lado).

Edición de placas de anclaje


2.1. Introducción de la geometría

2.1.1. De forma manual

Pinchando directamente la barra, con el ratón, o mediante coordenadas.

2.1.2. Con una captura por DXF

Los DXF que se pueden visualizar con Metal 3D deben tener 2 dimensiones y se visualizanen una ventana 2D. Cuando tenga a la vista un DXF puede introducir un nudo haciendo cliccon y ayudándose de las capturas. Con este método no necesita acotar, pues el DXFya está acotado.

2.1.3. Importando un fichero de texto o un DXF

Puede generar la geometría de una estructura a partir de un DXF que contenga los elementosnecesarios. Podrá desactivar las capas que no desee importar.

El programa rastrea el fichero buscando las entidades que tienen barras. En los extremos delas barras se generan los nudos.

Al seleccionar la opción Importar DXF se abre una ventana que permite seleccionar el ficheroDXF que contiene la información deseada. Una vez hecho esto, se abre una nueva ventanapara seleccionar el tipo de entidades.

Importación de DXF

2. Datos de entrada

Indica que debe pulsar el botón derecho del ratón. Indica que debe pulsar el botón izquierdo del ratón.


2.1.4. Mediante generación

Puede repetir planos, nudos o barras a una distancia dada o también generar una malla de te-traedros.

Existen tres opciones en este diálogo:

� Genera planos

� Genera nudos y barras

� Genera malla de tetraedros.

2.2. Descripción de nudos

Puede indicar las relaciones que hay entre las barras que conforman el nudo y las relacionesdel nudo con el exterior.

Descripción de nudos


2.3. Descripción de perfiles

Descripción de perfiles

Utilizar la biblioteca de perfiles metálicos presenta grandes ventajas:

� Existen varias bibliotecas de distintos países (AHMSA, ARBED, CINTAC, ENSIDESA, TABE-LAS, TECNO, etc.).

� Las bibliotecas se desvinculan de la norma seleccionada. Puede utilizar la biblioteca decualquier país, independientemente de la norma seleccionada.

� Puede crear bibliotecas personalizadas.

� Cuando crea perfiles nuevos, el programa puede chequear los datos de inercias, etc. Esto,además de ahorrar trabajo, evita errores de cálculo o de transcripción.

Edición de perfiles


� No es necesario definir secciones compuestas. Si crea una biblioteca con un UPN, no ne-cesita definir 2 UPN unidos por el alma o por las alas.

Composición de perfiles

� Puede introducir perfiles que no estén en una biblioteca. Son los perfiles editables.

Perfiles editables


2.4. Descripción de materiales

Puede asignar un material a las barras previamente descritas.

2.5. Agrupación de barras

Puede unificar barras frente al dimensionado. Si agrupa una serie de barras, al describir los da-tos de una, éstos se aplican a todas las barras del grupo. Sin embargo, pueden tener distintoscoeficientes de pandeo, distintas limitaciones de flecha, unas pueden tener cartelas y otras delgrupo no e, incluso, pueden tener cargas distintas.

2.6. Pandeo

Como se ha visto anteriormente puede calcular los coeficientes de pandeo de forma automáti-ca o introducirlo de forma manual.

2.7. Pandeo lateral

No debe confundir el pandeo lateral con el pandeo perpendicular al pórtico donde se encuen-tra un perfil.

Descripción de pandeo lateral


2.8. Flecha límite

Se emplea para imponer una limitación de la flecha en las barras según cualquiera de los ejeslocales.

Asignación de flecha límite

2.9. Perfil real

Esta opción permite dibujar las dimensiones reales de la sección de un perfil.

2.10. Pieza

Esta utilidad sirve para que varias barras que estén en prolongación recta actúen como unasola pieza a la hora de describir el perfil.

2.11. Coeficientes de empotramiento

Puede definir los coeficientes de empotramiento de los extremos de una barra con los nudosque la definen.

2.12. Cargas

Puede aplicar cargas a las barras y nudos. Las cargas pueden ser de varios tipos:

� Puntuales.

� Lineales.

� Lineales en faja.


� Triangulares en faja.

� Trapezoidales en faja.

� Momentos.

� Incrementos de temperatura.

Descripción de cargas

� Sismo automático. Puede elegir Sismo estático o Sismo dinámico. Con el primero, esusted quien introduce las cargas de sismo y crea las hipótesis que considere necesarias.Con Sismo dinámico se elige la norma que se va a aplicar.

2.12.1. Desplazamientos prescritos

Esta opción permite aplicar a un nudo con coacciones exteriores unos desplazamientos im-puestos. Además, podrá asignar los esfuerzos que provocarán estos desplazamientos a lahipótesis de carga que se desee.

2.13. Cimentación

En los pilares puede calcular zapatas aisladas, encepados según la tipología incluida de casosresueltos y de placas de anclaje.


Edición de zapatas

Edición de encepados


Edición de placas de anclaje


3.1. Proceso de cálculo

Cuando haya introducido todos los datos, podrá comenzar el cálculo de la estructura.

Si no hay combinaciones para las hipótesis introducidas, el cálculo se detendrá y se emitirá unmensaje de aviso. Si no ha descrito algún nudo o barra, el programa también lo indicará.

3.2. Comprobación de barras

Como se ha visto anteriormente puede consultar si las barras superan o no las tensiones ad-misibles, el límite de esbeltez, la flecha o si el perfil es incorrecto por algún otro motivo. Estaopción es automática y al activarla todas aquellas barras que no cumplan por algún motivo semostrarán en color rojo.

3.3. Redimensión

Se aumentará la sección siempre que sea necesario para que pueda absorber la tensión máxi-ma admisible, el límite de esbeltez, la flecha o algún otro motivo.

3.4. Obtención de resultados

3.4.1. Desplazamientos

Esta opción permite obtener los desplazamientos lineales de los nudos en metros, y el giro enradianes.

3.4.2. Reacciones

Para consultar las reacciones en un apoyo seleccione esta opción.

3.4.3. Empresillado

Informa sobre el número total de presillas, su separación, el canto, el espesor, el cortante decálculo y la esbeltez complementaria que proporciona esta disposición de presillas y que afec-ta al cálculo a pandeo de la barra.

3. Cálculo y resultados


3.4.4. Sismo dinámico

Esta opción permite visualizar e imprimir un listado con todos los parámetros introducidos enel cálculo del sismo dinámico, así como los resultados de los distintos modos de vibración.

3.4.5. Leyes

Puede obtener las leyes de esfuerzos dibujadas sobre la estructura, deformada, etc.

3.4.6. Envolventes

Proporciona la misma información que la opción Leyes, pero en este caso los resultados ob-tenidos son las envolventes de todas las combinaciones y no hay que seleccionar ningunacombinación. Es decir, para cada esfuerzo (axil, momento o cortante) existen dos valores, elmáximo y el mínimo.

3.4.7. Leyes en un punto

Valores numéricos de las leyes en un punto determinado de una barra.

3.4.8. Envolventes en un punto

Para hallar las envolventes de un punto determinado de una barra.

Leyes


3.4.9. Ley máxima y envolvente máxima

Para consultar los valores máximos de leyes y de envolventes de cualquier barra.

3.4.10. Zapatas

Puede consultar y editar las zapatas calculadas.

3.4.11. Encepados sobre pilotes

Puede consultar y editar las encepados sobre pilotes.

3.4.12. Placas anclaje

Puede consultar y editar las placas de anclaje.


4. Listados y planos

4.1. Listados por impresora

Los datos introducidos y los resultados de cálculo se pueden imprimir o exportar en un fiche-ro de texto.

Selección de listados

4.2. Dibujo de planos

Los planos de proyecto se pueden configurar en diferentes formatos y tamaños de papel.Además, puede dibujar con plotter o impresora o crear ficheros DXF.

Debe configurar los periféricos en Windows para su correcto funcionamiento y debe tener ins-talados los drivers correspondientes.

En el plano puede incluir cualquier tipo de detalle constructivo o dibujo en formato DXF, ade-más de utilizar los recursos de edición que permite el programa: textos, líneas, arcos, DXF.

Puede aplicar cualquier escala, grosor de los trazos, tamaño de letra, cajetín, etc. De esta for-ma, puede personalizar completamente el dibujo del plano.


Todos los elementos están distribuidos en capas y se pueden seleccionar para cada dibujolos elementos deseados.

Dibujo de planos


5. Generador de Pórticos

Es la herramienta complementaria para trabajar con Metal 3D que permite crear de formamuy sencilla y rápida la geometría y las cargas de peso propio, viento y nieve de una estructu-ra. Proporciona el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas, optimizandoel perfil y la separación entre correas.

Gracias a sus menús gráficos y explicativos basta con elegir la localidad donde se sitúa la es-tructura y el Generador de Pórticos hará el resto, produciendo automáticamente las cargasde viento según la norma elegida y las cargas de nieve. La geometría de los pórticos puedeser muy diversa, ya que puede crear pórticos de nudos rígidos y pórticos de celosía con va-rios tipos de cerchas.

Podrá visualizar las cargas sobre los pórticos.

Proporciona una memoria de cálculo con los datos y resultados obtenidos.

Al finalizar, podrá exportar fácilmente la geometría y las cargas a Metal 3D.

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