El documento proporciona información sobre el análisis y diseño de componentes de techo metálico. Detalla los materiales utilizados, la estructuración de los arcos y columnas metálicas, y realiza el predimensionamiento y estados de cargas de un arco metálico tipo. Luego, realiza el análisis estructural y diseño de elementos del arco usando software de ingeniería, verificando los esfuerzos en los componentes más críticos según las especificaciones AISC-LRFD.

1. VI. ANALISIS Y DISEÑO DE COMPONENTES DE TECHO METALICO
6.1 DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA
CONFIGURACION - GENERAL TECHO METALICO
6.1.1 ESPECIFICACIONES – MATERIALES EMPLEADOS:
ACERO : 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) (en varillas)
Fexx = 70 KSI (E70 XX - AWS, para acero corrug.)
COBERTURA: Pu = 8.50 kg/m2 (Calaminon curvo CU-6; catalogo fabricante)
.
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2. 6.1.2 ESTRUCTURACION:
ARCOS METALICOS: El tipo de miembros estructurales empleados son varillas de acero liso y corrugado, con las siguientes caracteristicas:
Nro Diametro (Ø) Peso Area Perimetro
Barra pulg. cm. kg/m cm2 cm
#2 1/4" 0.64 0.2483 0.32 1.99
#3 3/8" 0.95 0.5586 0.71 2.99
#4 1/2" 1.27 0.9931 1.27 3.99
#5 5/8" 1.59 1.5518 1.98 4.99
#6 3/4" 1.91 2.2346 2.85 5.98
#7 7/8" 2.22 3.0415 3.88 6.98
#8 1" 2.54 3.9726 5.07 7.98
#9 1 1/8" 2.86 5.0278 6.41 8.98
# 10 1 1/4" 3.18 6.2072 7.92 9.97
# 11 1 3/8" 3.49 7.5107 9.58 10.97
# 12 1 1/2" 3.81 8.9383 11.40 11.97
# 13 1 5/8" 4.13 10.49 13.38 12.97
# 14 1 3/4" 4.45 12.166 15.52 13.96
# 15 1 7/8" 4.76 13.966 17.81 14.96
# 16 2" 5.08 15.89 20.27 15.96
# 17 2 1/8" 5.40 17.939 22.88 16.96
# 18 2 1/4" 5.72 20.111 25.65 17.95
COLUMNAS METALICAS: Los miembros estructurales empleados son perfiles tipo cajon rectangular hueco. En el calculo se interactua probando diversas
secciones del grupo definido en el cuadro "Auto Selection Sections " mostrado abajo. En el cuadro "Box/Tube Section " se muestra las propiedades de una de
las secciones de dicho grupo
6.2 DISEÑO DE ARCO METALICO "AM - 01"
" V/2 "
" V/2 "
VISTA GENERAL
ARCO METALICO
"AM-01"
.
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3. ELEVACION Y PLANTA INFERIOR
6.2.1 PRE-DIMENCIONAMIENTO : Se asume en todos los elementos: A= 10.00 cm2
6.2.2 ESTADOS DE CARGAS: Identificando los tipos de cargas intervinientes en cada direccion de la Estructura:
CARGAS GRAVITACIONALES: 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): NTE E.020 - TABLA 1: WLr = 30.00 kg/m2
CARGAS LATERALES (SENTIDO LONGITUDINAL): CARGAS DE VIENTO (W):
NTE E.020 - Art. 12 →: V h = V(H/10) 0.22 > V ("V" de Mapa Eolico - zona Pucallpa)
Viento en Arcos metalicos: V = 75.00 km/h H ≈ 7.924 m (alt. prom. desde terreno)
VH = 75.00 km/h θ = 6.584 ° (pendiente promedio de la superficie - zona de baja pendiente)
θ = 19.752 ° (pendiente promedio de la superficie - zona de alta pendiente)
Presiones: NTE E.020 - TABLA 4 → Ph = 0.005(C)(V h 2 )
CONSTRUCCION barlovento sotavento donde:
Arcos y cubiertas cilindricas con +0.8 Ph = Presión o succión del viento a una altura “h” perpendicular a
-0.5
pendiente (θ) < 45º -0.8 la superficie, para "h"> 10m (kg/m2)
Superficies verticales de edificios +0.8 -0.6 C = factor de forma adimensional (de tabla izquierda)
Superficies verticales o inclinadas (planas
-0.7 -0.7
o curvas) paralelas al viento (El signo positivo indica presión y el negativo succión)
BARLOVENTO: Considerando presion: C= 0.8 ρh = 22.50 kg/m2 (en arcos)
Considerando succion: C= -0.8 ρh = -22.50 kg/m2 (en arcos)
SOTAVENTO Se tiene succion: C= -0.5 ρh = -14.06 kg/m2 (en arcos)
CARGAS LATERALES (SENTIDO TRANSVERSAL): CARGAS DE SISMO (E):
SISMO DINAMICO: Se aplica el "Espectro de Pseudo Aceleraciones" definido en el item 3.2 de la presente Memoria
SISMO ESTATICO: NTE E.030 - cap. VI → V = ZUC1P (kg) (repartido en cada columna)
Fuerza sismica asociada al peso: C1 = 1.30 (NTE E.030 - Tabla 9)
V= 856.37 kg P= 3378.18 kg (peso propio + 50%carga viva, automatico de SAP2000)
6.2.3 METRADOS DE CARGAS: Calculando las cargas concentradas sobre los nudos de la brida superior, según el caso mas critico en cada direccion:
A = ancho tributario entre arcos (m) = 4.338 m B = ancho tributario entre nudos de brida superior(m) = 1.684 m
n = numero de bridas superiores comprendidas en"A" = 2
CARGA MUERTA (PD): P D = (W D )(A)(B)/n , PD = 104.06 kg
CARGA VIVA DE TECHO (PLr): P Lr = (W Lr )(A)(B)/n PLr = 109.53 kg
CARGA DE VIENTO (W) - ARCOS: P W = (ρ h )(A)(B)/n
BARLOVENTO: Considerando presion en el Barlovento: PWp-s = 82.15 kg
Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: → PWx = 27.76 kg
PWx = PW*sen(θ) y PWy = PW*cos(θ) (θ=19.75º) → PWy = 77.32 kg (en zona de alta pendiente)
(θ=6.58º) → PWx = 9.42 kg (en zona de baja pendiente)
→ PWy = 81.61 kg
BARLOVENTO: Considerando succion en el Barlovento: PWs-s = -82.15 kg
Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: → PWx = -27.76 kg (en alta pendiente)
(θ=19.75º) → PWy = -77.32 kg
PWx = PW*sen(θ) y PWy = PW*cos(θ) (θ=6.58º) → PWx = -9.42 kg (en baja pendiente)
→ PWy = -81.61 kg
SOTAVENTO: Se tiene succion en el Sotavento: PWs-s = -25.67 kg
Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: → PWx = -8.68 kg (en alta pendiente)
PWx = PW*sen(θ) y PWy = PW*cos(θ) (θ=19.75º) → PWy = -24.16 kg
.
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4. (θ=6.58º) → PWx = -2.94 kg (en baja pendiente)
→ PWy = -25.50 kg
CARGA DE SISMO (E) - COLUMNAS:
SISMO: Repartiendo las carga en ambas columnas: → "V/2" = 428.18 kg (ver VISTA GENERAL ARCO METALICO)
6.2.4 COMBINACIONES DE CARGAS:
Especificacion A-4.1 LRFD - 99: (se entiende que "W" y "E" corresponden
a los casos mas criticos de Viento y Sismo
respectivamente)
6.2.5 ANALISIS ESTRUCTURAL: ProgramName Versión ProgLevel
SAP2000 v 14.0.0 Advanced
NUMERACION DE NUDOS Y BARRAS ESTADO CARGA MUERTA (PD)
.
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5. punto
317
punto
347
ESTADO CARGA VIVA DE TECHO (PLr) ESTADO CARGA DE VIENTO (PWs-s)
.
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6. punto 317:
punto
821
punto 347:
punto 821:
ESTADO CARGA DE VIENTO (PWp-s)
DERECHA: ALGUNOS DETALLES DE ESTADOS
DE CARGAS EN NUDOS
.
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7. SUPERIOR
CUERDA
DIAGONAL
COLGADOR
SUPERIOR
BRIDA
INFERIOR
CUERDA
TENSOR
INFERIOR
BRIDA
COLUMNA
DIAGRAMAS - ENVOLVENTES DE FUERZA AXIAL (+): traccion (-): compresion
.
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8. Del "Diagrama-Envolvente de fuerza axial" (pag. sgte.) se tienen los siguientes
estados de fuerza en los miembros mas criticos de cada componente de
la estructura:
DIAGONAL:
ARRIOSTRE TRANSVERSAL:
ARRIOSTRE EN X:
Se observa que el punto con deflexion maxima esta en la Se observa que el punto con desplazamiento lateral maximo
brida inferior, cuyo valor (en cm) se considera aceptable esta en la columna, cuyo valor (en cm) se considera aceptable
DIAGRAMA-ENVOLVENTE DE DEFORMACIONES
.
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9. 6.2.6 DISEÑO DE ELEMENTOS DE ACERO: ProgramName Versión ProgLevel
SAP2000 v 14.0.0 Advanced
COLUMNA
COLGADOR
SIPERIOR
BRIDA
TENSOR
INFERIOR
BRIDA
- DISEÑO AUTOMATIZADO DE MIENBROS DE ACERO, SEGÚN ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99
- DETALLES DE VERIFICACION DE ESFUERZOS EN MIEMBROS MAS CRITICOS DE CADA COMPONENTE DE LA ESTRUCTURA
(BRIDAS, TENSOR, DIAGONAL, CUERDAS, COLGADORES Y ARRIOSTRES)
.
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10. CUERDA CUERDA
INFERIOR SUPERIOR
ARRIOSTRE
DIAGONAL
TRANSVERSAL
ARRIOSTRE
EN X
.
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11. ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99:
DISEÑO DE ELEMENTOS A COMPRESION
ESPECIFICACIONES φ Fcr = 25 . 32 Ksi esfuerzo critico en compresion, para acero A-36 ……..(4)
AISC - LRFD 99: kL / r < 60 2 esbeltes admisible r > KL/60 ……..(5)
Fcr = ( 0 .658 λ c ) F y esfuerzo admisible (Ksi), ……..(6)
donde: Ø = 0.85 (en compresion) Pu ……..(7)
Kl Fy Ag =
y λc = φ F cr
πr E
DISEÑO DE Barra mas Pu = 3275.78 Kg = 7.22 Kips requiere:
2
BRIDA SUPERIOR: critica: L= 0.28 m = 11.05 pulg de (4): Ag = 0.285 pulg
760 de (5): r> 0.184 pulg
Se elige seccion: varilla # 6 (3/4")
Se elige seccion: varilla # 6 (3/4") Ag = 0.442 pulg2 > Ag …...…OK
rx= 0.188 pulg > r …...…OK (se obvia)
ry= 0.188 pulg > r …...…OK (se obvia)
VERIFICACION POR ESBELTES:
de (7): λc = 0.661 < 1.5 … OK Puadm = Ø(Fcr)(Ag) = 11.26 Kips > Pu …. OK
de (6): Fcr = 29.987 Ksi → Seccion de diseño: varilla # 6 (3/4")
→ Calculo similar para resto de elementos de Brida superior
.
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12. DISEÑO DE BRIDA INFERIOR.- Barra mas critica: 732
→ Seccion de diseño: varilla # 6 ( Ø 3/4" ) → Calculo similar para resto de elementos de Brida inferior
DISEÑO DE DIAGONALES.- Barra mas critica: 602
→ Seccion de diseño: varilla # 3 ( Ø 3/8" ) → Calculo similar para resto de diagonales
.
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13. DISEÑO DE CUERDA SUPERIOR.- Barra mas critica: 937
→ Seccion de diseño: varilla # 4 ( Ø 1/2" ) → Calculo similar para resto de elementos de cuerda superior
DISEÑO DE ARRIOSTRES EN "X".- Barra mas critica: 38
→ Seccion de diseño: varilla # 2 ( Ø 1/4" ) → Calculo similar para resto de arriostres
.
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14. DISEÑO DE CUERDA INFERIOR.- Barra mas critica: 926
→ Seccion de diseño: varilla # 5 ( Ø 5/8" ) → Calculo similar para resto de elementos de cuerda inferior
DISEÑO DE COLUMNA METALICA "CM-01" .- Miembro mas critico: 41
→ Seccion de diseño: perfil HSS 5 1/2"x5 1/2"x3/16" → Calculo similar para ambas columnas metalicas
.
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15. DISEÑO DE ELEMENTOS A TRACCION: ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99:
Pu ……(1) An ……(2) L L ……(3)
Ag min = min =
Pu < 300 → rmin ≥
φ Fy φ Fu U r 300
donde: Ø = 0.90 (en traccion) , Ø = 0.75 Ae = (U)(Ag) , "U" = 0.85 "r" = radio de giro
DISEÑO DE TENSORES: Barra mas Pu = 2730.81 Kg = 6.01 Kips requiere:
2
critica: L= 3.840 m = 151.19 pulg de (1): Ag = 0.186 pulg
2
31 de (3): r> 0.504 pulg de (2): An = 0.163 pulg
Se elige seccion: varilla # 4 (Ø 1/2")
Ag = 0.196 pulg2 > Ag …… OK rx= 0.125 pulg > r …...…MAL (se obvia)
Ae = 0.167 pulg2 > An ………….. OK ry= 0.125 pulg > r …...…MAL (se obvia)
→ Seccion de diseño: varilla # 4 ( Ø 1/2" ) → Calculo similar para resto de elementos de tensores
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16. DISEÑO DE COLGADORES.- Barra mas critica: N° 10
→ Seccion de diseño: varilla # 2 ( Ø 1/4" ) → Calculo similar para resto de colgadores
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