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REGLAS PRACTICAS PARA EL DISEÑO EN ACERO

En la actualidad se cuenta con programas de calculo por computadora que requieren información previa sobre la geometría del proyecto a calcular como:

•Dimensiones de planta y alzado

•Numero de niveles

•Cargas a considerar

•Condiciones de apoyo y sujeción

•Conexiones

•Juntas

•Huecos a salientes en planta

•Escaleras

•Cubos de luz y elevadores

•Predimensionamiento de los elementos estructurales

•Secciones de trabes

•Largueros

•columnas


Para la elaboración del proyecto arquitectónico se requiere conocer las secciones aproximadas del peralte de las vigas, armaduras, columnas y otros elementos estructurales, se deben determinar previamente las dimensiones para optimizar el diseño estructural.

PERALTE ESTRUCTURALEl peralte de los elementos estructurales dependen de varias condiciones, siendo las mas importantes:

•El claro

•Las cargas

•La distribución

•Condiciones de apoyo

•Continuidad


En el caso de las vigas tipo “I” el peralte recomendable es de el claro entre 20, así como ejemplo 900 cm/20=45 cm.

Correspondiendo a una viga de 18” = 45.7 cm; para un claro de 800 cm/20=40 cm, proponiendo una viga de 16” =40.6 cm.

Esta relación puede ser hasta L/28 o tomar la medida L/24

Es importante tomar en cuenta que con mayor peralte incrementamos el momento de inercia de la sección aumentando su resistencia y en ocasiones con menor peso por metro.


Tratándose de armaduras, largueros de alma abierta (joist) el peralte aumenta como se indica en la siguiente tabla:

PERALTE EN ESTRUCTURAS EL CLARO A SALVAR

RELACION CLARO-PERALTE

L/d

Larguero

Para entre piso

Para cubierta

SISTEMA

20 a 28

L en m

0 a 23Viga 1

Armadura plana

Armadura celosía

Armadura

Arriostrada

Marco especial

20

20

15

12

12

12 a 20

2.5 a 44

12 a 30

6 a 30

12 a 90

24 a 90


Propiedades de la secciones:

Conocida la sección de la viga “I” que se requiere, pueden determinarse las propiedades de la misma en forma aproximada, enel Manual de Construcción en Acero del IMCA, se pueden conocer las propiedades en forma exacta.

Si no se cuenta con el manual se pueden obtener aproximaciones de su Área= A; su momento de inercia en x=Ix y los radios de giro ry y rx.

A= P.U./0.785 A= Área de su sección transversal en cm2

Ix= D2 P.U./4.5 Ix= Momento de inercia con respecto al eje x, cm4

D= peralte de la viga “I” en cm.

P.U.= peso de la viga I en kg/m


Propiedades de la secciones:

ry=0.225 b ry= Radio de giro (menor) con respecto al eje y

b= Ancho del patín de la viga I en cm.

rx=0.41 D rx= Radio de giro (mayor) con respecto al eje x

D= Peralte de la viga I en cm.

Peso propio de las vigas tipo “I” (IR):

Sino se cuenta con el Manual IMCA, y se conoce el momento flexionante= M sección, con la siguiente ecuación: Considerando acero grado A-50 con F=3515 Kg/cm2


Peso propio de las vigas tipo “I” (IR):

P.U.=M/D P.U.= Peso unitario de la sección en Kg/m

M= Momento flexionante en Tm

D= Peralte de al sección en metros

Pernos de cortante para losa en acción compuesta:

El sistema “losacero” (Steel Deck) la mina galvanizada acanalada y corrugada, se suelda sobre los patines de las vigas, colocando además pernos de cortante soldados sobre la lamina al patín de la viga.

El numero aproximado de pernos se pueden calcular con el valor:

Pernos =0.65 P.U.


Carga axial en columnas:

La capacidad de carga axial a compresión = P, con el manual IMCA se calcula de acuerdo a la relación de esbeltez igual a KL/r, donde K= rigidez, que en general se considera K=1.0;L= Longitud o altura de la columna en centímetros; r= Radio de giro en centímetros (Debe considerarse el radio de giro menor, que para una sección I correspondiente al eje y=ry).

Utilizando acero grado A-5 con Fy=3515


Carga axial en columnas:

En el Manual IMCA pag.248: Tabla 3-3520, se obtienen valores de Fa= esfuerzo permisible a compresión para diferentes valores de KL/r, este esfuerzo multiplicado por el área de la sección transversal da la capacidad de carga axial a compresión.

De no contar con el Manual IMCA, una forma aproximada de calcular P es: P=75 A (30-0.15 KL/r)


Sistema para cubiertas:

Una armadura con un tramo en cantiliver, reduce el momento positivo entre los 2 apoyos que delimitan el claro, esta reducción puede ser a la mitad del producido al centro con apoyo libre quees WI2/8; con el volado en el extremo puede ser WL2/16, teniendo como longitud del volado equivalente al 24% del claro entre apoyos.

Una reducción similar el momento flexinante se obtiene teniendo armaduras ó trabes continuas.


Peso de armaduras:

En forma aproximada puede determinar el peso unitario con la ecuación:

P.U.=2M/D

M en Ton-m

D en m.

Análisis aproximado del marco rígido:

Para su predimensionamiento de marco rígidos para resistir fuerzas laterales, se basa en el tradicional método del portal con alguna adecuación en base a la experiencia del marco real.


Análisis aproximado del marco rígido:

M col=1.2 H/2 Vpiso /n col

M trabe= M col/2 para columna interior en cubierta

M trabe= M col para columna interior No en cubierta

Los momentos en las trabes del marco para columnas exterior valen mitad que el valor de la columna interior.

Peso de la estructura de acero en edificios:

El costo de una estructura esta influenciado principalmente por el peso de los elementos estructurales, además de otros paramentos como el DISEÑO.


Peso de la estructura de acero en edificios:

Complejidad constructiva, estructuración, tipo de perfiles y dimensiones.

Para un edificio regular en planta y alzado con estructura reticular a base de marcos rígidos en sentidos ortogonales, contemplando colocar contraventeos para resistir fuerzas laterales, utilizando acero A-50, el peso aproximado puede calcularse como:

Peso unitario = 5 (No. Pisos/3 + 7) peso unitario en Kg/m2


SISTEMAS

No. PISOS

ESTRUCTURAS PARA EDIFICIOS ALTOS

SISTEMAS PARA RESISTIR FUERZA

LATERAL

<30

30 a 40

41 a 6061 a 80

81 a 100

101 a 110

111 a 140

Marcos rígidos

Marcos contraventeadosContraventeo perimetral

Contraventeo y núcleo tubular con columnas interioresTubo interior y tubo exterior encasillado

Marco núcleo central tubular

Contraventeo exterior con tubo sin columnas interiores


Recomendaciones de Estructuración:

Distribuir los tableros rectangulares tendiendo a la forma cuadrada. Las trabes y largueros colocados en el claro corto.

Mayor espaciamiento de columnas, se tienen menos columnas .

Claros cortos óptimos entre 9 a 12 m.

En el sistema de cubiertas, las armaduras de alma abierta en el claro largo y los largueros en el corto espaciamiento 10 m.



Utilizar los perfiles comerciales en sus largo para evitar cortes y empalmes. Las vigas de 12.20 m., los ángulos de 6.10 m, Canal Mon-Ten el largo en metros equivale al peralte en pulgadas.

Colocando marcos contraventeos para resistir fuerzas laterales, se obtienen menor sección de columnas y con ello economía.

Utilizar pisos compuestos son más económicos hasta en un 25%.

Simplificar cualquier complejidad del diseño, fabricación y montaje de la estructura.



Eliminar revestimientos inecesarios.

Utilizar acero grado A-50

Analizar diferentes alternativas para reducir el costo por medio de cambios en el Diseño de las conexiones, eliminar rigidizadores y placas de refuerzo. Utilizar estructuras hibridas, estructura deacero con losas prefabricadas de concreto.

Utilizar armaduras de alma abierta en claros grandes en lugar devigas placas soldadas, o bien “joist” largueros de celosía comerciales en lugar de vigas “I”.

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