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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚ

ALUMNO: ALDABA INOCENTE, ROYER LUIS DOCENTE: ING. MARLON CUBAS CURSO: ANALISIS ESTRUCTURAL 2 TEMA: MODELADO DE EDIFICIO “A” EN ETABS

CARRERA: INGENIERÍA CIVIL

CICLO: VII

2019- I

Contenido I.

ANÁLISIS ESTÁTICO........................................................................................................................2

1.

DATOS INICIALES.....................................................................................................................2

2.

3.

1.1.

Configuración Estructural...............................................................................................2

1.2.

Sistema Estructural...........................................................................................................2

1.3.

Categoría de la Obra.........................................................................................................2

1.4.

Materiales de Elementos Estructurales........................................................................2

1.5.

Dimensiones de elementos estructurales...................................................................2

1.6.

Sobrecarga de Diseño......................................................................................................2

1.7.

Cargas Muertas..................................................................................................................2

DEFINIR........................................................................................................................................3 2.1.

UNIDADES..............................................................................................................................4

2.2.

EJES Y NIVELES.......................................................................................................................4

DEFINICION DE PROPIEDADES DE MATERIALES.........................................................10 3.1. Define /Frame section..............................................................................................................13

4.

3.2.

Definición de viga /Frame....................................................................................................14

3.3.

Definición de Columna /Frame............................................................................................16

3.4.

Definición de Muro..............................................................................................................19

3.5.

Definición de Losas..............................................................................................................21

DISEÑO DE COLUMNAS, MUROS, VIGAS Y LOSAS......................................................25 4.1.

Dibujo de Columnas........................................................................................................25

4.2.

Dibujo de Muros..................................................................................................................27

4.3.

Dibujo de Vigas....................................................................................................................29

4.4.

Dibujo de Losa 2 Direciones.................................................................................................30

4.5.

Dibujo de Losa 1 Direcion....................................................................................................31

4.6.

Assignar Apoyos...................................................................................................................34

4.7.

Definir Patrones de Cargas..................................................................................................35

4.8.

Definir Combinaciones de Cargas........................................................................................37

4.9.

Definir Mass Source.............................................................................................................39

5.

ASIGNACIÓN DE CARGAS..............................................................................................................42

6.

DEFINE DIAPHRAGMS...................................................................................................................51 6.1.

Assign Diphragms.................................................................................................................52

7.

PERIODO.......................................................................................................................................56

8.

DIAGRAMA DE VIGA Y MURO.......................................................................................................60

II.

ANÁLISIS DINÁMICO....................................................................................................................64

1.

FUNCION ESPECTRAL....................................................................................................................64

1.1.

Datos para la función Espectral............................................................................................65

1.2.

Agregar sismo dinamico en X y Y..........................................................................................66

1.3.

Definir Pier Labels (Placas)....................................................................................................68

1.4.

Asignar Pier Labels(Placas)...................................................................................................69

1.5.

Modal Cases.........................................................................................................................70

1.6.

Tabla Story Forces................................................................................................................71

1.7.

Story Response.....................................................................................................................72

EDIFICIO DE 6 NIVELES I.

ANÁLISIS ESTÁTICO

1. DATOS INICIALES 1.1.

Configuración Estructural Se ha establecido una estructura regular que tendrá un uso de centro comercial. En el cual consta con 6 niveles, siendo el techo del último piso de ningún uso exclusivo. Se previó que el primer nivel tenga una altura de 5.00mts, siendo los demás niveles de 3.50mts de altura, en ambos casos considerados de piso a piso. Tiene una configuración regular en planta, para evitar irregularidad geométrica vertical o por discontinuidad en los sistemas resistentes, los elementos estructurales verticales (Columnas y Muros Estructurales), se modelaran sin cambio de sección en toda la altura del edificio.

1.2.

Sistema Estructural Se definió un sistema de Muros Estructurales de Concreto Armado.

1.3.

Categoría de la Obra De acuerdo al Reglamento Nacional de Construcciones y su norma E030 Diseño Sismo resistente, categorizamos a la edificación como Edificación Común.

1.4.

Materiales de Elementos Estructurales  Columnas de concreto Armado : F´c = 280 Kg/cm2  Vigas de concreto Armado : F´c = 280 Kg/cm2  Losas : F´c = 280 Kg/cm2  Acero : Grado 60 Fy = 4200 Kg/ cm2

1.5.

Dimensiones de elementos estructurales     

Columna : 0.5x0.5 m Vigas : 0.3x0.6 m Espesor de Placa o Muro Estructural : 0.3 m Espesor de Losa 1 Dirección : 0.35 m Espesor de Losa 2 Dirección : 0.3 m

1.6.

Sobrecarga de Diseño  Entrepisos : 200 Kg/ cm2  Azoteas : 100 Kg/ m2

1.7.

Cargas Muertas  Piso terminado de concreto :  Tabiquería :

2. DEFINIR Primero empezamos abriendo el programa Etabs, dando clic al icono.

Luego aparecerá esta ventana, después nos dirigimos al icono New Model o “Ctrl+N”

2.1.

UNIDADES Luego se cargara un diálogo “Model Inicialización“, que nos servirá para generar y definir la grilla en tres dimensiones para usar en el dibujo del modelo, después elegimos la opción “Use Built – in Settings Wich” y luego elegimos en que unidades deseamos trabajar y damos click en Ok.

Luego se abrirá una ventana “New Model Quick Templates“, en el cual registraremos los valores de los:

2.2.

EJES Y NIVELES  “Grid Dimensions (Plan)” Aquí colocamos los valores de los ejes X y Y, tenemos 6 y 6 ejes respectivamente, los valores ingresamos en “Number Line X Dirección” y “Number Line Y Dirección”. El Espaciamiento en ambas direcciones los dejamos en 4 y 4 respectivamente.



“Story Dimensions”

El número de niveles lo especificamos en “Number of Stories”, en nuestro caso es 7 .En “Typical Story Height” ingresamos el valor de 3.5, que es la altura que más presenta en los niveles superiores. En “Botton Story Height” escribimos el valor de la altura del primer nivel que es 5.

Luego damos click “Custon Gird Spacing” y nos dirigimos a icono de “Edit Gird Data”

Luego podemos editar sus respectiva distancias en ambos ejes en “Display Gird as Spacing”, ya que es más conveniente trabajar con las distancias entre ejes, tal como se presenta en los planos, ya editado damos click ok.

Por consiguiente procedemos a editar las alturas, para eso nos dirigimos a “Custon Story Data” y a Edit Story Data.

Luego aparece la ventana Story Data en el cual se procederá a editar los nombres para cada nivel e ingresando los valores de cada nivel, luego seleccione Yes en un nivel, en la columna Master Story, esto quiere decir que los elementos que dibujemos en el nivel, se copien o borren automáticamente en los niveles que tenga seleccionado dicho nivel en la columna Similar Story, luego click en OK para aceptar los cambios realizados.

Volviendo en la ventana New Model Quick Templates, como todos los datos necesarios ya se encuentran registrados, seleccionamos el botón Gird Only para empezar a modelar, damos click en ok.

Dar click

El programa nos presentara en la pantalla principal el dibujo de la grilla en planta y 3D.

Configuramos las unidades para que estén en aquellas que nos parezcan más fáciles de trabajar, aparte de ser las más comunes al momento de establecer las diferentes propiedades y dimensiones de los materiales y elementos estructurales que utilizaremos.

Damos click en ¨Units¨ (parte inferior-derecha de la pantalla de trabajo) y elegimos la opción ¨Consistent Units¨ y por defecto se establecen la unidades.

3. DEFINICION DE PROPIEDADES DE MATERIALES Para configurar un material ingresamos por el menú “Define/Materials Properties” y se abrirá la ventana “Define Materials” hacemos click en el botón “Add New Material” Luego se modificara el material de concreto por defecto que trae el programa de 4000 Psi.

Para agregar como material un concreto que tenga como propiedad una resistencia a la compresión igual de 280 Kg/cm2.

Luego modificamos los valores del peso unitario del volumen del concreto , módulo de elasticidad y el módulo de Poisson.

Shit + Enter

Luego nos dirigimos a “Modify/Show Material Property Design Data”y modificamos Specified concrete Compressive Strenght a 2.8 Kgf/mm2

Luego damos ok y el material del acero, lo dejamos tal cual el programa trae por defecto, sin modificaciones.

3.1. Define /Frame section Una vez que se ha definido un nuevo material, procedemos a definir las secciones que usaremos en el modelo, como son los elementos vigas y columnas son denominados como “Frame Section” y, para acceder a este comando debemos seguir la ruta “Define/Section Properties/Frame Section”.

Ingresamos por el menú “Define/Section Properties/Frame Sections”, una vez en el cuadro “Frame Properties” en la sección “Click To”, y hacemos click en Add New Properties.

3.2.

Definición de viga /Frame Luego aparecerá la ventana ¨Frame Property Shape Type¨, vamos al cuadro Section Shape y elegimos la opción concrete rectangular. Y damos ok.

Elegimos la opción marcada con negro y automáticamente se nos abrirá el formulario para definir una nueva sección rectangular. Se debe de elegir como material el que hemos definido en el paso previo, una vez introducidas las dimensiones de la viga V (0.30 m x 0.60 m).

Luego hacemos click en el botón ¨Modify/Show rebar¨ y seleccionamos M3 Design Only (Bean), indicando al programa que el dato registrado de la dimensión pertenece a una viga.

Luego damos click en el botón Modify/Show Modifiers y aparecerá una ventana Property/Stiffness Modification Factors y registramos los datos mostrados y ok.

Luego damos ok y eliminamos las demás secciones que no utilizaremos y agregamos una nueva propiedad.

3.3.

Definición de Columna /Frame Como en el proceso anterior seleccionamos el cuadro negro y automáticamente se nos abrirá el formulario para definir una nueva sección rectangular.

Se debe de elegir como material el que hemos definido en el paso previo, una vez introducidas las dimensiones de la columna C (0.50 m x 0.50 m).

Luego damos click en el botón Modify/Show Modifiers y aparecerá una ventana Property/Stiffness Modification Factors y registramos los datos mostrados y ok.

Cuando tengamos el cuadro de diálogo “Reinforcement Data”, verificamos que en “Design Type” esté seleccionado “Column”, que la configuración del refuerzo sea rectangular (“Configuration of Reinforcement”), se nos pide

indicar si queremos que el programa nos diseñe la sección o que nos revise una configuración dada , pero en este caso lo dejamos por defecto del programa. Una vez realizados los cambios hacemos click en el botón, para volver al cuadro de diálogo anterior.

3.4.

Definición de Muro Luego damos ok y observamos que ya tenemos las dos secciones con la cual vamos a modelar el edificio, luego ok.

Definiremos para el muro estructural una sección con espesor de 0.30 m. Por el menú “Define/Section Properties/Wall Section” ingresamos al formulario para definir los elementos, que estarán formados por elementos finitos tridimensionales tipo Shell. En el cuadro “Wall Properties”

Elegimos Property”

“Add y ok.

New

En las propiedades del cuadro “Wall/Property Data” elegimos en material el concreto que hemos definido anteriormente, ingresamos tanto para “ShellThin. Haciendo click en OK habremos definido la sección a usar en la losa maciza.

Como se observa se ha modificado el material, luego click en ok.

3.5.

Definición de Losas Para crear la sección de losa Aligerada, tanto en 1 como en 2 direcciones, se siguió la ruta indicada Define/Section Properties /Slab Sections.

Luego, en la ventana “Slab Properties” seleccionamos la propiedad de Losa, Slab1, para luego modificarla dándole clic en Modify/Show Property

Para crear el Aligerado en 1 Dirección X, dejamos la ventana “Slab Property Data” tal como se indica y modificamos los valores, como se muestra en la imagen y ok.

Realizamos el mismo proceso que el anterior, pero para el aligerado en Dirección Y y ok.

Para crear la otra sección de Losa Aligerada, esta vez en 2 Direcciones, dar clic al botón Add New Property y aparecerá una ventana Slab Property Data y registramos los valores.

Luego damos ok y se mostrara la nueva propiedad agregada y ok.

Luego damos ok nuevamente y se regresamos a la ventana principal

4. DISEÑO DE COLUMNAS, MUROS, VIGAS Y LOSAS. 4.1.

Dibujo de Columnas Antes que todo vamos al botón ¨One Story¨ y cambiamos esa opción a ¨All Stories¨ para que las secciones que dibujemos se realicen en todos los pisos que tengamos.

Luego de haber creado los materiales y todas las secciones de los elementos estructurales se procede a dibujarlos. Las herramientas para el dibujo rápido de los diferentes elementos estructurales se muestran en la parte izquierda de la pantalla en el cuadro de color rojo. Luego le damos click al botón Quick Draw Columnas de dibujo rápido

Luego ubicamos las columnas en sus respectivos puntos

4.2.

Dibujo de Muros

Luego damos click en el botón Quick Draw Walls (Plan) esto es para dibujo rápido de placas

Procedemos a ubicar las placas

Terminado de ubicar las placas, nos dirigimos a otro icono, para continuar con el modelado

4.3.

Dibujo de Vigas Damos click en el botón Quick Draw Beams/columns (Plan, elevation, 3D)

Ubicamos las vigas al lado de las placas

Como se muestra la imagen todas las vigas ya se encuentran dibujadas.

4.4.

Dibujo de Losa 2 Direciones Ahora dar click al botón Draw Rectangular Floor/Wall (Plan, Elev) Este nos servirá para dibujar las losas aligeradas en 1 y 2 Primero realizamos el dibujo de la losa de 2 Direciones.

Como se muestra en la imagen, se dibujaron todas las losas solo de 2 Direcciones.

4.5. Dibujo de Losa 1 Direcion Luego procedemos a dibujar las losas de 1 Dirección al eje X.

Como se observa la imagen, las losas de 1 Dirección ya se encuentran dibujadas

Ahora continuamos con las losas de 1 Dirección pero en el eje Y

Terminado de dibujar las losas de ambas direcciones, nos dirigimos al nivel Z=0

Nos dirigimos a la base Z=0 , con los botones de navegación por piso O también, mediante el botón Y seleccionamos la base como

se indica, para poder restringir los apoyos.

Como se observa en la imagen, nos encontramos en la base Z=0, para poder restringir los apoyos.

4.6.

Assignar Apoyos Para poder restringir los apoyos, primero seleccionamos los apoyos y luego nos dirigimos a Assign/Join/Restrains.

Luego nos aparecerá la ventana Joint Assignment – Restraints y seleccionamos el icono de empotramiento y ok.

4.7.

Definir Patrones de Cargas Luego de asignar los apoyos nos dirigimos a Define/ Load Patterns, esto es para poder definir los tipos de cargas al modelo , como se aprecia en la imagen.

Luego damos click al Sismo X y click al botón Modify Lateral load

En esta ventana Seismic Load Pattern, damos click a X Dir- Eccentricity según la Norma E- 0.30 y OK.

Luego damos click al Sismo Y y click al botón Modify Lateral load, damos

click a Y Dir- Eccentricity según la Norma E- 0.30 y OK

4.8.

Definir Combinaciones de Cargas Asignada ya las cargas, procedemos a la combinacion de cargas Define/Load Combinations , luego nos aparecera una ventana load Combinations y para añadir los combos dar click al boton Add New Combo ,según la E-060 , capitulo 9.

Agregamos el primer combo, con su respectiva combinación.

Agregamos el segundo combo

Agregamos el tercer combo

Agregamos el cuarto combo

Agregamos el quinto combo

Agregamos la envolvente

Agregado ya todos los combos y envolvente, dar click ok.

4.9.

Definir Mass Source

Luego nos dirigimos a Define/ Mass Source, para poder asignar el peso sísmico, luego damos Click al botón ModifyShow Mass Source

En esta ventana Mass Source Data Cambiamos el nombre, especificamos el patrón de carga, luego asignamos la carga según la norma E-030, según el tipo de uso, en este caso comercial.

Luego se dar ok, a la ventana anterior, en el cual se observa el cambio de Nombre.

Luego nos dirigimos al piso maestro (Techo), mediante

Para poder seleccionar todas las losas aligeradas, nos dirigimos a All Story

Como se puede observar en la imagen , todos los pisos fueron selecionados, luego nos dirigimos al comando One Story y poder solo desseleccionar el último piso.

5. ASIGNACIÓN DE CARGAS Para poder asignar las cargas a las losas, nos dirigimos Assign/Shell Loads/ Uniform, luego nos aparecerá una ventana Shell Load

Assignment- Uniform y agregamos los valores al tipo de carga. En este caso agregaremos la carga viva(CV) de 500Kg/m2.

Luego solo seleccionamos el techo, para poder asignarle la carga

Realizamos el mismo paso anterior para poder asignar la carga viva de techo(CVT) , con una carga de 100Kg y OK.

Como se observa en la imagen, se muestra la carga viva de techo asignada.

Reiteramos el mismo proceso anterior , para poder asignar la carga muerta(CM) , solo al techo , con un valor de 100Kg y OK.

Como se observa en la imagen, se muestra la carga muerta de techo asignada.

Luego nos dirigimos al comando All Story , para poder seleccionar todos las losas

Después seleccionamos One Story , para poder deseleccionar solo el techo.

Para poder asignar las cargas muertas (CM) a las losas de 370 Kg/cm2 de las losas restantes, reiteramos el procedimiento conocido.

Como se observa en la imagen, se muestra la carga muerta de techo asignada.

Luego seleccionamos todo el edificio

Luego de seleccionar todo el edifico, nos dirigimos al comando Assign/Frame/Frame Floor Meshing Options.

En esta ventana Frame Assignment-Frame Floor Meshing Option, damos check , par indicar que distribuya uniformemente las cargas de las losas del aligerado hacia las vigas y ok.

Luego de dar click ok, en esta imagen se muestra el cambio realizado en la vista de planta.

De nuevo seleccionamos todo el edificio y nos dirigimos Assign/Frame/End Lenght Offsets , nos aparecerá una ventana , esto nos permitirá indicar que el modelo sea rígido 100%.

Nuevamente seleccionamos todo y nos dirigimos Assign/Shell/Auto Edge Constraint, luego aparecera una ventana Shell Assignment-Auto Edge Constrains, este comando nos permitira eliminar el enmallado entre losas con el enmallado entre placas, por que hay una distribucion de cargas y OK.

En plano vista de planta, se muestra el cambio realizado con el comando anterior aplicado.

6. DEFINE DIAPHRAGMS Luego definimos los diafragmas rígidos con el comando Define/Diaphragms, luego en la ventana Define Diaphragm agregamos los 6 diafragmas rígidos con Add New Diphragm y OK.

En esta parte selecionamos solo el techo como se muestra en la imagen , vista 3D.

6.1. Assign Diphragms Luego nos dirigimos a Assign/Shell/Diaphagms , este comando nos permitira asignar el diafragma que hemos definido por cada nivel.

Asignación de diafragma Nivel 6 (Techo) y Apply.

En esta imagen se muestra el diafragma asignado en el techo.

Diafragma asignado en el nivel 5

Diafragma asignado en el nivel 4.

Diafragma asignado en el nivel 3.

Diafragma asignado en el nivel 2.

Diafragma asignado en el nivel 1.

Corremos y guardamos el programa con los comandos F5 o Run Anaysis

7. PERIODO Luego de correr el programa procedemos a hallar el periodo fundamental de la estructura , nos dirigimos a Model Explorer/Tables/Analysis/

Results/Modal Results/Modal Periods and Frequencia. El periodo T que obtuvimos lo pasamos a la hoja de cálculo para hallar Coef. cortante

Luego nos dirigimos a define /Load Patterns , para poder modificar Base Shear coefficient, C , que hemos obtenido en la hoja de cálculo de las cargas del sismo X y sismo Y

Corremos denuevo el programa con el comando F5

Luego de correr el programa procedemos a copiar los pesos de cada nivel, nos dirigimos a Model Explorer/Tables/Analysis/Results/Structure Results/Certers of Massa and Rigidity

Copiamos los pesos de cada nivel para poder pasarlos a la hoja de cálculo y hallar las cargas sísmicas

8. DIAGRAMA DE VIGA Y MURO Luego si queremos ver el diagrama de esfuerzos en la que se encuentra las vigas nos dirigimos a Display/Force/Stress

En esta imagen se muestra el diagrama en la que se encuentra las vigas

Si queremos ver los momentos verticales,nos dirigimos Display/Force/Stress Diagrams/Shell Stresse/Forces

Para poder observar la distribución de momentos de la parte vertical, nos dirigimos al comando Draw/DrawSectionCut y luego trazamos una línea como se muestra en al imagen y nos aparecerá una ventana Section Cut Forces

Esfuerzo negativo

Esfuerzo positivo

Antes de comenzar el análisis dinámico, damos nombres a los aligerados y muros con el comando assign/shell/slab sections y OK.

II.

ANÁLISIS DINÁMICO

1. FUNCION ESPECTRAL Para agregar la función Espectral, Define/funtions/Response Spectrum

nos

dirigimos

al

comando

Luego nos aparece la ventana Define Response Spectrum Functions y escogemos la función que aplicaremos en este caso es la norma de Perú NTE E-030 2014, uno de los espectros que trae por defecto el programa Etabs.

1.1.

Datos para la función Espectral Luego modificamos los datos, para poder asignar los datos de nuestro proyecto, como se muestra en a imagen y luego convertimos con el comando Convert to User Defined

Luego nos aparecerá esta ventana Response Spectrum Function Definition, para agregar el valor 0.05 y OK.

Luego de dar ok , como se puede observar se a realiazado un cambio , mostrando la funcion de espectro que utilizaremos.

1.2.

Agregar sismo dinamico en X y Y Luego nos dirigimos a Define/ Load Cases y nos aparecerá una ventana Load Cases

En esta ventana nos permitira ingresar los sismos dinamicos en X y Y

Aquí Agregamos datos solo para SD-XX

Luego de dar OK ,se muestra el dato ingresado anteriormente , ahora solo copiamos el dato anterior con el comado Add Copy of Case , para poder asiganr el sismo dinamico en Y.

1.3.

Definir Pier Labels (Placas) Si queremos asignar nombre a las placas, primero definimos con el comando Define/Pier Labels y aparecerá una ventana Pier Labels como se muestra en la imagen.

1.4.

A signar Pier Labels(Placas) Luego de definir los nombres de las placas , procedemos a asignar cada placa, para eso debemos seguir los comandos Assign/Shell/Pier Label y aparecera con todos los nombres de la placas definidas.

Para asignar el nombre a cada placa damos click en una placa y aplicamos y asi sucesivamente con las demas.

1.5.

Modal Cases Luego procedemos a define/Modal cases y modificamos en Modal Show cases

En esta ventana realizamos esta modificación por que el programa tenía por defecto 12 el máximo número de modos y para nuestro modelado es 18 el máximo número de modos, ese valor 18 la obtenemos según la NTE-030 de sismo resistente, menciona que por cada diafragma se debe asignar 3 grados y nuestro caso tenemos 6 diafragmas, por lo tanto el 18 la obtenemos como el número de diafragmas por el grado de cada diafragma.

1.6.

Tabla Story Forces Para observar la cortante basal , seguimos los siguientes pasos como se muestra en la imagen.

Luego en la segunda columna dar antclick y selecionamos SD-XX y SD-YY

Despues en la 1° columna dar anticlick y selecionamos el piso 1

Luego en la 3° columna dar anticlick y selecionamos Boton

Como se muestra en la imagen , la cortante Vasal - VX del piso 1

La cortante vasal VX= 2804.8449 tonf

1.7.

Story Response Para observar la gráfica de la cortante dinámica en X ( SD-XX) , nos dirigimos a los siguientes comandos Display/Story Response Plots

Aquí podemos observar la gráfica de la cortante dinámica en X , si queremos alguna otra grafica solo dar click en Display Tipe y Case/Combo