TALLER DE INICIACION ALSTAAD PROFACILITADOR:ING. IGOR RODRIGUEZCabimas, Julio de 2009Republica Bolivariana de VenezuelaUniversidad del ZuliaNcleo Costa Oriental del LagoPrograma de IngenieraCabimas - Zulia

STAAD es un software estructural completo para PCs, que maneja todos los aspectos de la ingeniera estructural. A travs de este se puede construir un modelo matemtico idealizado de cualquier estructura, verificarlo grficamente, ejecutar el anlisis y/o diseo, revisar los resultados, buscar y/o seleccionar los datos para crear su reporte. Todo desde un mismo ambiente grfico. El objetivo general de este taller es introducir a los participantes en el uso de este importante software estructural. El participante podr profundizar y practicar, ya que se le suministrara el software y un manual electrnico que detallas muchos de los puntos abarcados en el taller.QUE ES STAAD PRO Y PARA QUE SIRVE?

COMO FUNCIONA EL STAAD?Este software funciona segn el siguiente proceso (FASES)Se crea un archivo de datos de entrada, para lo cual se debe considerar, la secuencia, los comandos y su sintaxis. Este se puede crear de forma escrita (con editor) o a travs de interfase grafica (como CAD)El programa realiza clculos con los datos de entrada, usa mtodo matricial de la rigidez para analizar. Genera desplazamientos de los nodos, y luego los traduce en fuerzas y momentos en los miembros. Con datos de anlisis, hace diseo en acero (revisin y seleccin de perfiles), concreto (dimensiones y armaduras), madera, aluminio, entre otros. Normas AISC (ASD y LRFD), ACI, DIN, Europeas, japonesas entre muchas otras.Todos los datos de entrada, resultados de anlisis, y resultados de diseo, adems de muchos otros datos de inters, pueden ser incluidos en archivos de salidas, grficos, diagramas de corte, momento, etc.

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADPara utilizar el STAAD, se debe conocer ciertas consideraciones tericas que aplican para realizar un modelaje estructural, y poder interpretar correctamente los resultados que este genera. Por ello debemos abordar cada fase del proceso establecido previamente. Inicialmente se mostraran de forma muy genrica, y luego se podr indicar detalles de cada una, o profundizar a travs de la practica y estudio del manual.Iniciremos con la creacin del archivo con los DATOS DE ENTRADA.

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADATIPO DE ESTRUCTURA.PLANA (PLANE)ESPACIAL (SPACIAL)ARMADURA 2D o 3D (TRUSS)PISO (FLOOR)

Se debe seleccionar el tipo de estructura a calcular, segn las caractersticas geomtricas y de carga, segn sea el caso.

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADAUNIDADES DE TRABAJODISTANCIAS: METRO, CM, PIE, PULG,FUERZA: KG, LIBRA, NEWTON, KIP, .

Se puede seleccionar unidades de los sistemas MKS, SI y FPSSe debe seleccionar la unidad a trabajar en su modelo, considerando la consistencia entre unidades.Por lo general, para lograr esta consistencia se suelen cambiar las unidades a lo largo del archivo de entrada segn sea necesario

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADAGEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA.Para la definicin de la geometra de la estructura, se debe considerar tres aspectos bsicos, el sistema de coordenadas, la definicin de nodos, y la incidencia de miembros y/o elementos.Sistema de coordenadas global: Existe un sistema referencia de coordenadas general o global para toda la estructura, el cual se define segn los siguientes sistemas:* Coordenadas rectangulares (X;Y;Z), es decir (largo, ancho y alto). El mas usado* Coordenadas Cilndricas (r, , z), es decir, radio, ngulo y altura. Conveniente para estructuras cilndricas, domos, cnicas, entre otras

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADAGEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA. (cont)Sistema de coordenadas local: Tambin existe un sistema referencia de coordenadas local para cada elemento, el cual siempre ser rectangular.Este se define segn la incidencia del elemento, asumiendo que va de i a j, el sistema se define con el eje X+ en la orientacin i->jLos ejes Y y Z se definen segn la regla de la mano derecha, y por lo general se asocia a Z como el eje donde se obtiene mayor inercia.Segn este sistema local es que se obtienen los resultados en los datos de salida.

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADAGEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA. (cont)

Relacin entre coordenadas globales y locales: Esta se establece como ngulo beta ()Por lo general la relacin suele establecerse segn lo establece el siguiente grafico.

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADAGEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA. (cont)Definicin de Nodos.Segn el sistema de coordenadas global establecido y el sistema de unidades seleccionado, se debe identificar nodos o puntos que definen los miembros y/o elementos que conforman la estructura.Para ello se deben incluir las coordenadas de esos puntos.Que es un miembro?Son los componentes lineales, es decir vigas, columnas, miembros de cerchas, entre otros. Por lo general se asocia con los perfiles metlicos o secciones de concreto. Estos suelen definirse con dos nodos.Que es un elemento finito?Son superficies o slidos, es decir, muros, losas, paneles, paredes de tanques, entre otros. Pueden ser de lminas de acero, de concreto armado, u otro material. Por lo general se define con 3 o 4 nodos cuando son superficie; y con 6 y 8 nodos para slidos.

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADAGEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA. (cont)Idealizacin de la estructura.Como un aspecto inicial para generar el modelo, el calculista debe idealizar su estructura, definiendo sistema de coordenadas, nodos, miembros y elementos que integran su modelo. Los Nodos se identifican con nmeros, definidos secuencialmente de abajo hacia arriba, y de izquierda a derecha. Para ilustrar esto, se presenta el siguiente ejercicio (N 1):

COORDENADAS DE NODOSESTRUCTURA: PLANAUNIDADES: METROS

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADAGEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA. (cont)Definicin de miembros.Estos se definen entre dos nodos, especificando en N que los identifica y los nodos que lo limitan (Ejem: el miembro 1, va del nodo 1 al nodo 2)Para ello es importante mantener un orden en la definicin, para no confundirse en cuanto al cambio de coordenadas globales (como se ingresan los datos) a coordenadas locales (como se expresa en la salida del programa).Como prctica comn, suele mantenerse en todo el modelo el mismo sentido para generar los miembros, es decir, las columnas se definen todas desde el nodo inferior al superior, y las vigas de izquierda a derecha.Tambin se suelen definir los miembros, agrupndolas segn el tipo de seccin o perfil. Esto pudiera generar rangos donde, por ejemplo, que los elementos desde el 1 hasta el 6 son columnas, y del 7 al 11 son vigas.Siguiendo con nuestro ejemplo, Cmo seria la definicin de los Miembros?

3.5 m3.5 m3.5 m3.5 m3.5 m12345678910XYINCIDENCIAS DE MIEMBROS12345678910MIEMBROS: DEL 1 AL 4, DEL 8 AL 9 => COLUMNASDEL 5 AL 7, 19 => VIGAS

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADAGEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA. (cont)Definicin de elementos.Estos tambin se identifican con nmeros, y de manera consecutiva con la establecida para miembros. Existen dos tipos de elementos finitos, los de placa o cascaron; y los slidos, siendo los primeros los ms comnmente utilizados, y que abordaremos en el taller.Estos se definen entre tres nodos (triangular) o 4 nodos (cuadrilteros). Para ello se indica el N que lo identifica y los nodos que lo conforman, recorridos en sentido horario o antihorario. (ejem: el elemento 2, con los nodos 2, 3, 8 y 7).Es recomendable que estos elementos no sean muy grandes, y que tengan lados proporcionales. Para ello suele incluirse nodos adicionales que condicionar el tamao de los elementos.Siempre que se define un elemento, el STAAD genera un nodo adicional, el cual se ubica en el centro del elemento.Para establecer estos elementos coherentemente, se debe considerar las especificaciones en el siguiente grafico.

GEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA. (cont)Para ilustrar la definicin de elementos se sugiere el siguiente ejercicio (N 2).CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADA3.5 m4.5 m3.3 m

COORDENADAS DE NODOS nodo X Y Z 10.00000.00000.0000 23.30000.00000.0000 30.00000.00004.5000 43.30000.00004.5000 50.00003.50000.0000 61.10003.50000.0000 72.20003.50000.0000 83.30003.50000.0000 90.00003.50001.5000 101.10003.50001.5000 112.20003.50001.5000 123.30003.50001.5000 130.00003.50003.0000 141.10003.50003.0000 152.20003.50003.0000 163.30003.50003.0000 170.00003.50004.5000 181.10003.50004.5000 192.20003.50004.5000 203.30003.50004.5000 MIEMBROSNUMERO NODO1 NODO211522833174420ELEMENTOSNUMERO NODO1 NODO2 NODO3 NODO4 5 5 6 10 96 6 7 11 107 7 8 12 118 9 10 14 139 10 11 15 1410 11 12 16 1511 13 14 18 1712 14 15 19 1813 15 16 20 19

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADAPROPIEDADES DE LOS MIEMBROS.Aqu se deben definir las propiedades de la seccin que conforma a cada elemento, es decir, si una estructura esta conformada con un perfil especifico, debe indicar las dimensiones del perfil, su rea, inercias, entre otras caractersticas. El STAAD dispone de varias especificaciones para definir las propiedades de los miembros, las cuales permite especificar dichas caractersticas:A) Miembro prismtico (para concreto).B) Perfiles de acero estndares desde la biblioteca incluidaC) Tablas de perfiles de acero creadas por el usuario.D) Secciones biseladas, entre otras

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADAPROPIEDADES DE LOS MIEMBROS (cont)Por lo general, el calculista solo discrimina los diferentes tipos de perfiles y/o secciones existentes en la estructura, y luego le asigna dicho perfil a los elementos especficos o rango de elementos.En nuestro ejemplo 1, podremos definir que las columnas estarn conformadas por secciones cuadradas de 30 cm. x 30 cm. de concreto, mientras las vigas sern secciones de 30 cm. de ancho x 40 cm. de alto.Posteriormente, utilizaremos esta informacin observar este procedimiento utilizando el software.Para profundizar sobre estas especificaciones se puede ver la seccin 3 del manual.

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADAPROPIEDADES DE LOS ELEMENTOSPor lo general, para el proceso de asignacin de propiedades a los elementos solo se debe especificar:El numero o rango de elementosEl espesor de la placaEl material que la conforma (acero, concreto, )

En nuestro ejemplo 2, consideraremos la losa, como una losa maciza de concreto, de 10 cm de espesor.

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADADEFINICION DE SOPORTES (APOYOS) Tal como conocemos, existen diversos tipos de apoyos, definidos segn la restriccin del movimiento en direcciones especificas. Los empotramientos, apoyos articulados, apoyos sobre rodillos, apoyos sobre materiales elsticos o resortes, entre otros, pueden ser modelados, y nicamente basta con conocer el tipo y el nodo en donde se ubica. En nuestros ejemplos, donde se ubican los apoyos (en cuales nodos)

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADADEFINICION DE CARGAS Una vez establecida las caractersticas geomtricas, definidas las propiedades de los miembros y elementos, e indicados cuales son los apoyos o soportes de la estructura, se debe proceder a incluir en el modelo las cargas.Para ello existen varios tipos de cargas que se pueden incluir en el Modelo.Cargas en Nodos (*)Cargas en Miembros (*)Cargas sobre elementos (*)Peso propio de miembros/elementos (*)Generadores de Cargas (para viento, sismo, entre otras)(*)Combinaciones de Carga (*)Cargas por temperaturaCargas por desplazamiento de apoyos

Por ahora se detallaran las indicadas con (*), para el resto se pueden referir a la seccin 2 del manual

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADADEFINICION DE CARGAS (cont)Cargas sobre nodos: Se pueden aplicar cargas en cualquier direccin y/o momentos en los nodos que asi lo requieran. Las mismas estarn referidas al sistema de coordenadas globales.Cargas sobre miembros: aqu se pueden aplicar tres tipos de carga, (a) puntuales, (b) Uniformes y (c) trapezoidales. En todos los casos se pueden aplicar en longitud parcial o total del elemento.

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADADEFINICION DE CARGAS (cont)Cargas sobre elementos: aqu se definen cargas aplicadas perpendicularmente a la superficie del elemento, como presin en el mismo; y tambin se pueden aplicar cargas en los nodos.Peso propio: este consiste nicamente en aplicar el comando selfweight, identificando el numero de los elementos y miembros. El programa internamente calcula con el rea y la densidad del material el peso propio de los miembros/elementos.Combinaciones: Por lo general, las cargas no actan de manera aislada, y en muchos casos, segn requerimientos de las normas de diseo para concreto y acero, se suelen establecer unas condiciones de cargas bsicas (cargas muertas (CM), cargas vivas (CV), sismos (S), vientos (V), entre otros), y unas combinaciones especificas de estas. Como ejemplo; (1.2 CM + 1.6 CV); , (0.75 (1.2 CM + 1.6 CV) + SISMO)El STAAD permite establecer estos estados de carga primarios, y luego realizar la superposicin de efectos para encontrar las combinaciones que se requieran.

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADAINSTRUCCIONES DE ANALISIS.Ya definidos todos los datos geomtricos, establecida la incidencia, determinados los perfiles y secciones de miembros y elementos, indicadas las condiciones de apoyo, y dispuestas las condiciones de carga sobre la estructura, se procede a indicar la instruccin de anlisis y de impresin de los datos.Por lo general esta instruccin es nica para anlisis esttico, aunque existen otros que no estarn contempladas en este taller. Dicha instruccin solo incluye variantes sobre los aspectos que se desea incluir en el archivo de salida, por ejemplo, puedes mostrar desplazamientos de nodos, fuerzas en extremos de miembros, condiciones de carga, crentro de gravedad, entre otras opciones. Todo depender de las necesidades del calculista.

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADADISEOAl realizar el anlisis, se supone que el software dispone de los resultados de la estructura. Por consiguiente conoce todas las fuerzas y momentos que actan en cada uno de los miembros y/o elementos que la conforman, segn las consideraciones de carga estipuladas en el modelo.Son estos datos de anlisis, los que utilizamos para disear los elementos. El STAAD permite disear y/o revisar si los perfiles y secciones definidas en el modelo son capaces de soportar las cargas que se le imponen.Para ello se deben definir ciertos parmetros, y dar algunas instrucciones, luego de haber realizado en anlisis.El principal de ellos consiste en indicar el cdigo o norma a utilizar, y cuyos criterios sern los utilizados para el diseo y/o revisin de los componentes.

CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADADISEO EN ACEROPara disear miembros de acero, el STAAD puede asumir los criterios de diseo elstico (ASD) y a la rotura (LRFD) establecidos por la AISC unificada (2008).Para ello se deben definir diversos parmetros. Para ello, deben remitirse a la seccin 3 del manual, que aborda especficamente todos los aspectos inherentes al diseo en acero. DISEO EN CONCRETOPara disear miembros y elementos de concreto, el STAAD puede asumir los criterios de diseo establecidos por la ACI.Para ello, tambin deben definir parmetros especficos. Para ello, deben remitirse a la seccin 4 del manual, que aborda todos los aspectos inherentes al diseo en concreto armado.

Recuerden!

Este taller es para inducirlos en el clculo con STAAD, a travs de unos conocimientos bsicos.Posteriormente, Uds. deben profundizar en ese conocimiento, y aplicarlo para adquirir experiencia en su uso, hasta lograr dominarlo lo mejor posible.Ya disponen de el software, y tienen el manual, solo falta.

Trabajar con el STAAD! y Modelar, calcular y disear todo lo que puedan.