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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

ENUNCIADO: Se solicita diseñar una nave metálica tal como se muestra en la figura n°1.

Figura N°1: Nave metálica. Tomar las consideraciones mostradas, seleccionar los perfiles adecuados para los siguientes elementos:  Columnas: W12X40  Vigas : W21X62 Para el techo y paredes seleccionar las cubiertas que se crea conveniente, definirlas y considerarlas en el metrado de cargas.

A) NORMAS DE DISEÑO Para el diseño correspondiente al presente trabajo las normas usadas son las normas de carga E.020, las normas de estructuras metálicas E.090, y las normas de diseño sismo resistente E.030 NORMA E020 CAPÍTULO 2 CARGA MUERTA Articulo 3.- MATERIALES Se considerará el peso real de los materiales que con-forman y los que deberán soportar la edificación, calculados en base a los pesos unitarios que aparecen en el Anexo 1, pudiéndose emplear pesos unitarios menores cuando se justifiquen debidamente. El peso real se podrá determinar por medio de análisis o usando los datos indicados en los diseños y catálogos de los fabricantes.

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Artículo 7.- CARGA VIVA DEL TECHO Se diseñarán los techos y las marquesinas tomando en cuenta las cargas vivas, las de sismo, viento y otras prescritas a continuación. 7.1. Carga Viva.- Las cargas vivas mínimas serán las siguientes: d) Para techos con coberturas livianas de planchas onduladas o plegadas, calaminas, fibrocemento, material plástico, etc., cualquiera sea su pendiente, 0,30 kPa (30 kgf/m2), excepto cuando en el techo pueda haber acumulación de nieve, en cuyo caso se aplicará lo indicado en el Artículo 11. 12.4. CARGA EXTERIOR DE VIENTO La carga exterior (presión o succión) ejercida por el viento se supondrá estática y perpendicular a la superficie sobre la cual actúa. Se calculará mediante la expresión:

Ph : presión o succión del viento a una altura h en Kgf/m2 C : factor de forma adimensional indicado en la Tabla 4 Vh : velocidad de diseño a la altura h, en Km/h, defini-da en el Artículo 12

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Norma E.030

Para nuestro diseño consideraremos la zonificación de la Norma el cual presenta un factor de sismo = 0.4

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Norma E.090 Las cargas nominales serán las cargas mínimas de diseño establecidas en la Norma E.020 Cargas. Cargas, Factores de Carga y Combinación de Cargas Las siguientes cargas nominales deben ser consideradas:

D

: Carga muerta debida al peso propio de los elementos y los efectos permanentes sobre la estructura.

L

: Carga viva debida al mobiliario y ocupantes.

Lr

: Carga viva en las azoteas.

W

: Carga de viento.

S

: Carga de nieve.

E

: Carga de sismo de acuerdo a la Norma E.030 Diseño Sismorresistente.

R

: Carga por lluvia o granizo.

La resistencia requerida de la estructura y sus elementos debe ser determinada para la adecuada combinación crítica de cargas de este numeral. El efecto crítico puede ocurrir cuando una o más cargas no estén actuando. Para la aplicación del método LRFD, las siguientes combinaciones deben ser investigadas:

1,4D

(1.4 -1)

1,2D + 1,6L + 0,5(Lr ó S ó R)

(1.4 -2)

1,2D + 1,6(Lr ó S ó R) + (0,5L ó 0,8W)

(1.4 -3)

1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr ó S ó R)

(1.4 -4)

1,2D ± 1,0E + 0,5L + 0,2S

(1.4 -5)

0,9D ± (1,3W ó 1,0E)

(1.4 -6)

En las combinaciones 1.4-3, 1.4-4 y 1.4-5 el factor de cargas para L debe ser considerado como 1,0 en el caso de estacionamientos, auditorios y todo lugar donde la carga viva sea mayor a 4800 Pa. Para la aplicación del método ASD las siguientes combinaciones deben ser investigadas:

D

(1.4 -7)

D + L + (Lr ó S ó R)

(1.4 -8)

D ± (W ó 0,7E)

(1.4 -9)

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D + 0,75L + 0,75Lr ± 0,75(W ó 0,7E)

(1.4 -10)

0,6D ± (W ó 0,7E)

(1.4 -11)

Considerando carga viva, carga muerta, carga de sismo y carga de viento tanto en la dirección en x como en y se obtuvieron 22 combinaciones de carga que son las siguientes.

B) COMBINACIONES DE CARGA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22.

1.4D 1.2D+1.6L 1.2D+1.6L+0.5VX(1A) 1.2D+1.6L+0.5VmX(1A) 1.2D+1.6L+0.5VY(1B) 1.2D+1.6L+0.5VmY(1B) 1.2D+0.5L+1.3VX(1A) 1.2D+0.5L+1.3VmX(1A) 1.2D+0.5L+1.3VY(1B) 1.2D+0.5L+1.3VmY(1B) 1.2D+0.5L+1SX 1.2D+0.5L-1SX 1.2D+0.5L+1SY 1.2D+0.5L-1SY 0.9D+1.3VX(1A) 0.9D+1.3VmY(1B) 0.9D+1.3VY(1B) 0.9D+1.3VmY(1B) 0.9D+1SX 0.9D-1SX 0.9D+1SY 0.9D-1SY : Carga muerta debida al peso propio de los elementos y los efectos permanentes D sobre la estructura.

L

: Carga viva debida al mobiliario y ocupantes

VX(1A)

: Carga de viento en la dirección X

VmX(1A)

: Carga de viento negativo en la dirección X

VY(1B)

: Carga de viento en la dirección Y

VmY(1B)

: Carga de viento negativo en la dirección Y

SX

: Carga de sismo en la dirección X

SY

: Carga de sismo en la dirección Y

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METRADOS DE CARGAS Cargas muertas:  Peso propio de la plancha: 10kg/m2  Peso propio de vigueta: 3kg/m2  Peso de la Luminaria: 10kg/m2  qd= 23kg/m2 * 2.32 = 53.4kg/m Cargas vivas:  S/C: 30kg/m2 * 2.32 = 69.6kg/m =ql

Cargas de vientos: Para calcularlas usaremos la fórmula P=0.005*C*V2 Dado que según las isótacas proporcionadas en el reglamento en Lima se tiene una velocidad de viento V=100km/h entonces la fórmula se reduce P=50*C Dónde los coeficientes “C” se muestran en el siguiente gráfico

C=0.3

Tramo “A”

30kg/m2

30kg/m2

40kg/m2

15kg/m2

C=-0.6

Tramo “B”

Para el Tramo “A”: 15kg/m2*2.32m=34.8kg/m Para el Tramo “B”: 30kg/m2*2.32m=69.6kg/m Ambas en la dirección perpendicular a la viga DISEÑO EN ACERO Y MADERA

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Para la vigueta:  Para qd

53.4kg/m 2

6.1m

R

Viguetas intermedias: R=qd*L*0.5= 162.9kg Viguetas extremas: R=qd*L*0.5= 81.5kg  Para ql

69.6kg/m 2

6.1m

R

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Viguetas intermedias: R=qd*L*0.5= 212.3kg Viguetas extremas: R=qd*L*0.5= 106.2kg  Para qw tramo “A”

34.8kg/m 2

6.1m

R

Viguetas intermedias: R=qd*L*0.5= 106.1kg Viguetas extremas: R=qd*L*0.5= 53.1kg  Para qw tramo “B”

69.6kg/m 2

6.1m

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R Viguetas intermedias: R=qd*L*0.5= 212.2kg Viguetas extremas: R=qd*L*0.5= 106.1kg

Para la viga: como consideramos un perfil W21x62  62lb/pie*1.5=93kg/m Para la columna En el pórtico extremo: W: 40kg/m2*3.05m= 122kg/m (presión) W: 30kg/m2*3.05m= 91.5kg/m (succión) En el pórtico intermedio: W: 40kg/m2*6.1m= 244kg/m (presión) W: 30kg/m2*6.1m= 183kg/m (succión)

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C) MATERIALES

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Las cargas tomadas en cuenta para el metrado correspondiente son las siguientes: a) Cubierta: 10kg/m2

Nota: Nuestra plancha tiene la dimensión= 90cm x 250cm, el cual cumple ser mayor a la separación entre viguetas. b) Peso propio de vigas: 93kg/m2 c) Peso propio de viguetas: 3kg/m2 Las cargas de viento fueron calculadas debido a las consideraciones tomadas en cuenta tal como se mostraron anteriormente Se usará acero estructural ASTM A572 Gr.50 soldable y de baja aleación, aleado con Niobio y Vanadio como afinadores de grano. Composición Química %C (máx.)

%Mn (máx.)

%Si (máx.)

%P (máx.)

%S (máx.)

%V

%Nb

0,23

1,35

0,40

0,04

0,05

0,01 0,15

0,005 0,05

Propiedades Mecánicas Esfuerzo Fluencia (Kg/mm²)

MPa

35 (mín.) 345 (mín.)

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Esfuerzo Tracción (Kg/mm²)

Elongación

(Kg/mm²)

MPa

%

46 (mín.)

450 (mín.)

21 (mín.)

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MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL

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