Diseo completo de un edificio de 3 plantasRicardo Herrera MardonesDepartamento de Ingeniera Civil, Universidad de ChileSantiago, ChileMarzo de 2007 1.- Introduccin Edificio de uso habitacional. Ubicado en una zona de sismicidad alta Tres Pisos Distribucin regular de espacios requeridos Requerimientos arquitectnicos Zonas libres Altura de pisoPRESENTACINDEL EJEMPLO* Dimensiones en mmPlanta Tpica7000 Tip.7000Tip.42000Elevacin Tpica7000Tip.1050042000 2. EstructuracinESTRUCTURACINGENERALSistema ResistenteAccin EstticaAccin Ssmica 2. Estructuracin Losa de Hormign en todos los pisos. Columnas de acero de seccin doble T Criterios: Cumplir con los requerimientos de arquitectura Ubicacin: Cada 7 m en ambas direccionesPlanta Tpica: Columna estticaSISTEMA RESISTENTE ESTTICO 2. EstructuracinSISTEMA RESISTENTE ESTTICO Vigas de acero de seccin doble T Criterios: Lograr un espesor de losa en los rangos convencionales. Minimizar el uso de acero Ubicacin: Ancho tributario de 3,5m para cada una de las vigas.Planta Tpica: Viga esttica3500 Tip.3500Tip. 3500Elevacin marco ssmico700028000105002. EstructuracinSISTEMA RESISTENTE SISMICO: Columna esttica: Marco SsmicoXYPlanta Tpica: Viga esttica Marcos perimetrales 2 ejes resistentes en cada direccinVigas y columnas Acero ASTM A36 Seccin doble T 3. Cargas GENERALCargasCargas EstticasCargas Ssmicas-Peso propio-Sobrecarga de uso 3. CargasCargas estticas Peso Propio Elementos Estructurales Losa, vigas estticas, vigas ssmicas, columnas estticas, columnas ssmicas Elementos no estructurales Tabiques, terminaciones de piso, terminaciones de cielo, otros. Sobrecarga de uso Uso habitacional : 1961 [N/m^2]CARGAS ESTTICAS 3. Cargas Resumen de cargas estticasCARGAS ESTTICASResumen de cargas estticas (*)Carga Tipo Valor [N/m^2]Sobrecarga no reducida LL 1961Peso de tabiques DL 490Terminaciones de Piso DL 196Terminaciones de Cielo (cielo falso) DL 196Otros (ductos, iluminacin, etc) DL 490Peso de losa (*) DL 2942Peso de vigas estticas (*) DL 186Total peso propio (**) DL 4501* Dimensiones a definir ms adelante** No considera peso de elementos estructurales ssmicos pues ellos son incluidos directamente por el programa de modelacin ssmica. 3. CargasCargas ssmicas Mtodo elstico esttico Q = Cs WCARGAS SSMICASW1MaMovimiento del sueloW2W1Q1+ Q2= QCortante basalW2Q2Q1 3. CargasCARGAS SSMICAS Coeficiente ssmico: Peso ssmico: Considera cargas de peso propio y un 25% de la sobrecarga de uso Corte ssmico basal: Resumen de cargas ssmicas:Cs0.05 W 2.7 104 kN Solicitaciones ssmicasPiso F[kN] M [J]3 780 32762 323 9051 248 347Q 1351kN 4. Diseo de elementos estticos GENERAL Consideraciones generales: Mtodo LRFD de las especificaciones del AISC del 2005 Uso de columnas y vigas de acero ASTM A36 de seccin doble T Factor de reduccin de sobrecarga por rea tributaria: 0.804 Combinacin de cargas: 1.2 * Peso Propio + 1.6 * Sobrecarga 4. Diseo de elementos estticos Diseo de Losa Modelo Espesor requerido: Espesor dispuesto: 12cm(debido a problemas acsticos yde vibracin)3500: Empotrado: Apoyado7000Dimensiones en mmLOSALx 3.5m Longitud menorLy 7m Longitud mayorLyLx 2 Losa en una direccin (Apoyado-empotrado)k 0.8 Longitud flexiblelik Lx li2.8m Esbeltez tpica 35 eli1.5cm + e 9.5cm 4. Diseo de elementos estticosVIGASESTTICASDiseo de vigas estticasModelo ( ya incluye el peso propio del perfil )Esfuerzo ltimo Perfil elegido: W16x317000ququ27 kNmCarga combinada:Ancho del ala:bf140mm Espesor del alma:T 345mm Espesor del ala:tf11.2mm Distancia libre entre alas:tw6.99mm Altura del perfil:d 403mm Momento ltimo:Muxqu L28 Mux168.4kN m 4. Diseo de elementos estticosVIGASESTTICAS Clculo de resistenciaSe considera que la unin entre la losa y la viga impide el volcamiento de esta en toda su longitud, por lo tanto no existe volcamientoE.L.4. : Pandeo Lateral Torsional.Seccin de alma Compacta Parmetro de esbeltez lmite para elementos compactos:pw108.3 pw3.76EFyw49.356 wTtwEsbeltez del alma:E.L.3.: Pandeo local del AlmaSeccin de ala Compacta pf10.948 pf0.38EFy Parmetro de esbeltez lmite paraelementos compactos:f6.25 fbtfEsbeltez del ala:E.L.2.: Pandeo local del AlaMpx215.2kN m MpxZx Fy Momento plstico de la seccin segn x-x:E.L.1. : Plastificacin Clculo de deformaciones4. Diseo de elementos estticosVIGASESTTICASSituacin FinalMomento Nominal en el eje fuerte:MnxMpx Mnx215.2kN m Factor de minoracion de la resistencia a la flexinb0.9 FUMuxb Mnx FU 0.869 ifMn2x455.8kN m Mnxmin Mn1x Mn2x,( ) Mnx455.8kN m Momento nominal con respecto al eje fuerte: Clculo del Factor de UtilizacinFactor de resistencia a la flexinb0.9 FUMuxb Mnx FU 0.619 if:Mn2x1.664 106 J Momento nominal de diseo con respecto al eje fuerte:Mnxmin Mn1x Mn2x,( ): Mnx1664kN m 5. Diseo de marco ssmicoRESISTENCIADE COLUMNASClculo del momento Nominal en el eje dbilMomento de Plastificacin:Mpymin Fy Zy 1.6Fy Sy ,( ): Mpy209kN m Momento nominal de diseo con respecto al eje fuerte:MnyMpy: Mny209kN m Clculo del Factor de UtilizacinFactor de resistencia a la compresinc0.9 :Factor de resistencia a la flexinb0.9 :FUPuc Pn89Muxb MnxMuyb Mny+

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, +Puc Pn0.2 ifPu2c PnMuxb MnxMuyb Mny+

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,+Puc Pn0.2 < if: FU 0.781 < 1 5. Diseo de marco ssmico DESPLAZAMIENTOSDesplazamientos de entre pisoPunto de medicin Piso x obtenido [mm] x admisible[mm]Centro de Gravedad 1 4,2 7,02 7,0 7,03 6,3 7,0Punto ms alejado del centro de gravedad1 3,9 7,72 6,5 10,53 5,8 9,8 5. Diseo de marco ssmicoCOLUMNAFUERTEVIGA DBILVcu2195kN Vcu1219kN Pu2913kN Pu11366kN Cargas aplicadas a nivel de la rtula plstica en columnas: dc0.717m dc59.9283.52+

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,cm :Distancia entre el nudo y la ubicacin de la rtula plstica en columnasAg2Ag1: Ag1221.4cm2:Zc2Zc1: Zc16706cm3:Propiedades de las secciones:W 33x118 Columnas Propiedades de los elementosRy1.5 :Razn entre la fluencia esperada y la fluencia mnima:Fy250MPa Fluencia del acero (ASTM A-36)Propiedades del material: 5. Diseo de marco ssmicoVIGA FUERTECOLUMNA DBILOK 1>MpcMpb1.572 Comparacin:Mpb1.1 Ry Fy Zb1Zb2+( ) Vvu1Vvu2+( )dv + :Momento probable en las vigas:MpcZc1FyPu1Ag1

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, Zc2FyPu2Ag2

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, + Vcu1Vcu2+( )dc + :Momento probable en las columnas:Vvu259kN Vvu159kN Cargas aplicadas a nivel de la rtula plstica en vigas: dv0.868m dv83.5245 +

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,cm :Distancia entre el nudo y la ubicacinde la rtula plstica en vigas:Zb2Zb1: Zb12158cm3:Propiedades de las secciones:W 24x55 Vigas 5. RESULTADOS CUBICACINCubicacin del acero utilizadoUso Perfil Largo[m]Cantidad Peso [N/m]Peso[N]Peso total[N/m^2]Columna ssmicaW 33 x 118 10,5 20 1722 361620 68,3Viga ssmicaW 24 x 55 28 8 803 179872 34,0Viga estticaW 16 x 31 728 6 452 1974336 373,1Columna estticaW 8 x 28 10,5 29 409 124541 23,5Totales 2640369 499 5. RESULTADOS ESQUEMAS* Dimensiones en mmPlanta Tpica7000 Tip.7000Tip.4200042000W24x55W24x55W24x55W24x55W24x55W24x55W24x55W24x55W24x55 W24x55 W24x55 W24x55W24x55 W24x55 W24x55 W24x55 W16x31W16x31W16x31W16x31W16x31W16x31W16x31W16x31AGABCDEF7 6 5 4 3 2 13500Tip.W16x31Tip. 5. RESULTADOS ESQUEMAS7000Tip.10500W16x31 W16x31W16x31 W16x31W16x31 W16x31W24x55 W24x55 W24x55 W24x55W24x55 W24x55 W24x55 W24x55W24x55 W24x55 W24x55 W24x55W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x1183500 Tip.W8x28W8x28W8x28W8x28W8x28W8x28Elevacin ejes 1, 7, A, G7000Tip.10500W16x31 W16x31W16x31 W16x31W16x31 W16x31W24x55 W24x55 W24x55 W24x55W24x55 W24x55 W24x55 W24x55W24x55 W24x55 W24x55 W24x55W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W33x1183500 Tip.W8x28W8x28W8x28W8x28W8x28W8x28Elevacin ejes 2,3,4,5,6,B,C,D,E,F7000Tip.10500W16x31W33x1183500 Tip.* Dimensiones en mmW8x28W33x118W33x118W33x118W33x118W33x118W16x31 W16x31 W16x31 W16x31 W16x31W16x31 W16x31 W16x31 W16x31 W16x31 W16x31W16x31 W16x31 W16x31 W16x31 W16x31 W16x31W8x28W8x28W8x28W8x28W8x28W8x28W8x28W8x28W8x28W8x28W8x28W8x28W8x28W8x28