DISEÑO DE COMPONENTES METALICOS.-DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA

TOMANDO EL ARCO METALICO MAS CRITICO:

PROPIEDADES DE LOS MATERIALESACERO : Arcos metalicos: Fy = 36 KSI λc = 7.85 Tn/m3, Ec = 2,000,000 Kg/cm2

Fu = 58 KSI u = 0.30

corrugado: Fy = 4200 Kg/cm2, λc = 7.85 Tn/m3, Ec = 2,100,000 Kg/cm2

SOLDADURA: Electrodos: Fexx = 60 KSI (E70 XX - AWS, para acero liso)

Fexx = 70 KSI (E70 XX - AWS, para acero corrug.)

COBERTURA: Pu = 8.50 kg/m2 (Calaminon curvo CU-6; catalogo fabricante)

PLANTA

GENERAL

ELEVACION ARCO METALICO

Pág. 1

DISEÑO DE ARCOS METALICOSPRE-DIMENCIONAMIENTO

SECCION DE ELEMENTOS DEL ARCO:

Para un calculo inicial, se asume para todos los elementos: ����A = 5.00 cm2

TIPOS DE CARGAS: Identificando los tipos de cargas intervinientes en la Estructura:

CARGA MUERTA (D):Cobertura (catalogo fabricante): D1 = 8.50 kg/m2

Estructura metalica (estimado a verificar): D2 = 20.00 kg/m2

� WD = 28.50 kg/m2

CARGA VIVA DE TECHO (Lr):NTP E.020 - 2006 � WLr = 30.00 kg/m2

CARGA DE VIENTO (W):NTP E.030 - 2006 � Vh = 100.00 km/h (Mapa Eolico del Peru, zona Ica)

θ = 0% = 0.00 ° = pendiente mas baja de la superficie, en grados (°)

θ = 24.9% = 14.00 ° = pendiente promedio de la superficie, en grados (°)

θ = 62.5% = 32.00 ° = pendiente maxima de la superficie, en grados (°)

NTP E.020 - 2007 � donde: Ph = Presión o succión del viento a una altura “h” perpendicular a

θ ° la superficie, para "h"< 10m (kg/m2)

de 15° C = factor de forma adimensional (de tabla izquierda)

a 60° (El signo positivo indica presión y el negativo succión)

BARLOVENTO: Considerando presion en el Barlovento: C = 0.70 � ρh = 35.00 kg/m2

BARLOVENTO: Considerando succion en el Barlovento: C = -0.30 � ρh = -15.00 kg/m2

SOTAVENTO Se tiene succion en el Sotavento: C = -0.60 � ρh = -30.00 kg/m2

METRADO DE CARGAS: Calculando las cargas concentradas sobre los nudos de la brida superior:

A = ancho tributario entre tijerales (m) = 6.58 m B = ancho tributario entre nudos de brida superior(m) = 0.70 m

CARGA MUERTA (PD): P D = (W D )(A)(B) , � PD = 131.27 kg

CARGA VIVA DE TECHO (PLr): P Lr = (W Lr )(A)(B) � PLr = 138.18 kg

CARGA DE VIENTO (W): P W = (ρ h )(A)(B)

BARLOVENTO: Considerando presion en el Barlovento: PWp-s = 161.21 kg

Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: � PWx = 136.71 kg

PWx = PW*sen(θ) y PWy = PW*cos(θ) (θ= 32ª) � PWy = 85.43 kg (en zona de alta pendiente)

(θ= 14ª) � PWx = 156.42 kg (en zona de baja pendiente)

� PWy = 39.00 kg

BARLOVENTO: Considerando succion en el Barlovento: PWs-s = -69.09 kg

Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: � PWx = -58.59 kg (en alta pendiente)

(θ= 32ª) � PWy = -36.61 kg

PWx = PW*sen(θ) y PWy = PW*cos(θ) (θ= 14ª) � PWx = -67.04 kg (en baja pendiente)

� PWy = -16.71 kg

SOTAVENTO Se tiene succion en el Sotavento: PWs-s = -138.18 kg

Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: � PWx = -117.18 kg (en alta pendiente)

PWx = PW*sen(θ) y PWy = PW*cos(θ) (θ= 32ª) � PWy = -73.22 kg

(θ= 14ª) � PWx = -134.08 kg (en baja pendiente)

� PWy = -33.43 kg

COMBINACIONES DE CARGAS: ESPECIFICACION A-4.1 LRFD:

ANALISIS ESTRUCTURAL:

barlovento sotavento

0.70

-0.30-0.60

2005.0 hh xCxVP =

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NUMERACION DE NUDOS Y BARRAS ESTADO CARGA MUERTA (PD)

Pág. 3

ESTADO CARGA VIVA DE TECHO (PLr) ESTADO CARGA DE VIENTO (PWp-s)

Pág. 4

ESTADO CARGA DE VIENTO (PWs-s) DIAGRAMA-ENVOLVENTE DE DEFORMACIONES

� Se observa que el punto con deflexion maxima esta en la brida inferior, cuyo valor se considera aceptable

Pág. 5

(+): traccion (-): compresion DIAGRAMA-ENVOLVENTE DE FUERZA AXIAL

DISEÑO DE ELEMENTOS A COMPRESION ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99:esfuerzo critico en compresion, para acero A-36 ……..(4)

esbeltes admisible � r > KL/60 ……..(5)

esfuerzo admisible (Ksi), ……..(6)

donde: Ø = 0.85 (en compresion) y � ……..(7)

DISEÑO DE Pu = 10129.95 Kg = 22.31 Kips requiere:

BRIDA INFERIOR: L = 0.347 m = 13.64 pulg Ag = 1.037 pulg2

de (5): r > 0.227 pulg

� Se elige perfil: L 2" x 2" x 5/16" � Ag = 1.152 pulg2 > Ag …...…OK

r x = 0.601 pulg > r …...… OK

r y = 0.601 pulg > r …...… OK

VERIFICACION POR ESBELTES:de (7): � λc = 0.255 < 1.5 … OK Puadm = Ø(Fcr)(Ag) = 34.32 Kips > Pu OKde (6): � Fcr = 35.037 Ksi

VERIFICACION POR PANDEO LOCAL:b = 2 = 2.00 " λ = 6.40 , = 12.667 > λ OKT = 5/16 = 0.313 " (no existe pandeo local)

VERIFICACION POR PANDEO FLEXOTORSIONAL:Del perfil: Xcg = 0.260 pulg

Ycg = 0.260 pulg = 0.858 pulg � = 0.816 pulg

G = 11200 Ksi

b1 = b2 = b - T/2 = 1.84 pulg � = 0.07502

= 0.2546 < 1.5 � Fcry = 35.037 Ksi

luego: = 990.6131 � = 422.329 Ksi

luego: = 413.652 Kips > Pu = 22.31 OK � L 2" x 2" x 5/16"para toda la brida inferior

DISEÑO DE Pu = 9154.50 Kg = 20.16 Kips requiere:

BRIDA SUPERIOR: L = 0.347 m = 13.64 pulg Ag = 0.937 pulg2

de (5): r > 0.227 pulg

� Se elige perfil: L 2" x 2" x 1/4" � Ag = 0.938 pulg2 > Ag …...…OK

r x = 0.609 pulg > r …...… OK

r y = 0.609 pulg > r …...… OK

Barra mas

critica:

N° 1

Barra mas

critica:

N° 113

T

b=λ

60=r

lK

E

F

r

Klc

y

πλ =

crF

PuAg

φ=

KsiFcr 32.25=φ

yc

cr FF )658.0(2λ=

yFt

b 76≤

3

322

311 tbtb

J+

=

22222__

yxooo rryxr +++=

+

−=2

__

221

o

oo

r

yxH

2__

orA

GJcrz

F=

E

Fy

r

Klc

πλ =

Fyc

FcrycS

FyFcrycS c

2877.0

15:

)658.0(15:

λλ

λ λ

=>

=≤

+−

+=

2)(

41

2crzcry

crzcrycrzcrftcrft

Ff

HFF

H

FFF

AgFP crftcn φ=

Pág. 6

VERIFICACION POR ESBELTES:de (7): � λc = 0.251 < 1.5 … OK Puadm = Ø(Fcr)(Ag) = 27.94 Kips > Pu OKde (6): � Fcr = 35.061 Ksi

VERIFICACION POR PANDEO LOCAL:b = 2 = 2.00 " λ = 8.00 , = 12.667 > λ OKT = 4/16 = 0.250 " (no existe pandeo local)

VERIFICACION POR PANDEO FLEXOTORSIONAL:Del perfil: Xcg = 0.263 pulg

Ycg = 0.263 pulg = 0.880 pulg � = 0.821 pulg

G = 11200 Ksi

b1 = b2 = b - T/2 = 1.88 pulg � = 0.03906

= 0.2512 < 1.5 � Fcry = 35.062 Ksi

luego: = 602.1153 � = 227.632 Ksi

luego: = 181.394 Kips > Pu = 20.16 OK � L 2" x 2" x 1/4"para toda la brida superior

DISEÑO DE Pu = 2097.12 Kg = 4.62 Kips requiere:

DIAGONALES: L = 0.347 m = 13.64 pulg Ag = 0.215 pulg2

de (5): r > 0.227 pulg (preferible)

� Se elige varilla: Ø 3/4" (corrugado) � Ag = 0.442 pulg2 > Ag …...…OK

r x = 0.188 pulg > r …...…MAL (se obvia)

r y = 0.188 pulg > r …...…MAL (se obvia)

VERIFICACION POR ESBELTES:de (7): � λc = 0.816 < 1.5 … OK Puadm = Ø(Fcr)(Ag) = 5.27 Kips > Pu OKde (6): � Fcr = 14.038 Ksi

Ø 3/4" (corrugado)similar para primeras 18 diagonales empezandode cada extremo, el resto: Ø 5/8"

DISEÑO DE SOLDADURAS ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99:

ESPESOR DE SOLDADURA: Dmax = t - 1/16" < 1/2” , Dmin = 1/8”

RESIST. POR SOLDADURA: ΦRn = 2*Φ0.60Fexx (T )….…(8) (soldadura en ambas caras

RESIST. POR FRACTURA: ΦRn = Φ0.60 Fu(t) …...…... (9) de la plancha)

donde: T = 0.707(D) ademas: C.G. = Centro de Gravedad del Perfil = "Y"

t = espesor del perfil L3 = ancho del perfil

Φ = 0.75

por equilibrio de fuerzas: Pu = f 1 + f 2 + f 3 f 1 = Pu*(1-Y/L3)-f 3/2 ……(11)por esfuerzo neto de la soldadura del fondo: f 3 = (L3)(ΦRn).….(10) f 2 = Y*Pu/L3 - f 3/2 ……....(12)

Longitudes de soldadura: L1 = f 1/(ΦRn) > 4D …… (13) L2 = f 2/(ΦRn) 4D …… (14)

DISEÑO EN NUDO 62 (MAS CRITICO EN BRIDA SUPERIOR):DIAGONALES 84 Pu = 5.00 Kip , Seccion: Ø 3/4" (corrugado): L3 = 0.75 pulg Y = 0.375 pulg

Y 85: t = 1/4 pulg : Dmax = t - 1/16" = 3/16 pulg <1/2" D = 1/8 pulg

Dmin = 1/8” T = 0.088 pulg

de (8): ΦRn = 4.77 Kip/pulg , de (9): ΦRn = 6.525 Kip/pulg ΦRn = 4.772 Ksi (gobierna)

de (10): f 3 = 0.00 Kip (obviando esta fuerza)

de (11): f 2 = 2.50 Kip ………OK (f2 > 0 ) � de (14): L2 = 0.52 pulg (long. minima = 4D)

de (12): f 1 = 2.50 Kip ………OK (f1 > 0 ) � de (13): L1 = 0.52 pulg (long. minima = 4D)

(similar para primeros 8 nudos de brida superior empezando de cada extremo; el resto: L= 0.50 pulg)

critica:

N° 109

Barra mas

T

b=λyFt

b 76≤

3

322

311 tbtb

J+

=

22222__

yxooo rryxr +++=

+

−=2

__

221

o

oo

r

yxH

2__

orA

GJcrz

F=

E

Fy

r

Klc

πλ =

Fyc

FcrycS

FyFcrycS c

2877.0

15:

)658.0(15:

λλ

λ λ

=>

=≤

+−

+=

2)(

41

2crzcry

crzcrycrzcrftcrft

Ff

HFF

H

FFF

AgFP crftcn φ=

Pág. 7

DISEÑO EN NUDO 2 (MAS CRITICO EN BRIDA INFERIOR):DIAGONALES 109 Pu = 9.25 Kip , Seccion: Ø 3/4" (corrugado): L3 = 0.75 pulg Y = 0.375 pulg

Y 110: t = 5/16 pulg : Dmax = t - 1/16" = 4/16 pulg <1/2" D = 1/8 pulg

Dmin = 1/8” T = 0.088 pulg

de (8): ΦRn = 4.77 Kip/pulg , de (9): ΦRn = 8.156 Kip/pulg ΦRn = 4.772 Ksi (gobierna)

de (10): f 3 = 0.00 Kip (obviando esta fuerza)

de (11): f 2 = 4.63 Kip ………OK (f2 > 0 ) � de (14): L2 = 0.97 pulg (long. minima = 4D)

de (12): f 1 = 4.63 Kip ………OK (f1 > 0 ) � de (13): L1 = 0.97 pulg (long. minima = 4D)

(similar para primeros 7 nudos de brida inferior empezando de cada extremo; el resto: L= 0.50 pulg)

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