Modulo 4W - Analisis y Diseño de Edificios en Hormigon

MODULO 4W Versión 1.2
ANALISIS Y DISEÑO DE EDIFICIOS EN HORMIGON
Presentación:
La versión 1.2 de Módulo 4W ofrece al usuario varias
modificaciones y adiciones buscando esencialmente facilitar el
manejo de los programas y muy en particular el de Diseño Sismo
Resistente de Edificios en un nuevo formato que pretende agilizar el
ingreso de la información requerida, así como su posterior
recuperación y modificación.
El programa de cálculo de fuerzas sísmicas del edificio por piso, se
ha modificado para que el usuario pueda correrlo en forma
independiente, SIN necesidad de haber ingresado antes ningún
pórtico.
Igualmente, al programa de Pórticos Independientes, se le ha
agregado la opción del cálculo de las derivas del Pórtico, resultado
muy útil en el proceso de diseñar un edificio sismo resistente.
En la resolución de los pórticos se ha modificado la opción por
“defecto” o “default” para el diseño de las zapatas.
Automáticamente, se diseñarán las zapatas como cuadradas y no
como rectangulares, si bien el usuario podrá modificar esta opción.
El diseño de las zapatas aisladas (cuadradas y rectangulares) se ha
actualizado con la consideración de análisis específico cuando la
excentricidad de la zapata es mayor que L/6 pero menor que L/2.
En este caso se tendrá un esfuerzo (bajo la zapata) de forma
triangular que no necesariamente ocupará todo el ancho L de la
zapata.
Se mantiene intacto el manejo gráfico para definir la geometría de
los pórticos y sus cargas
DISEÑO SISMO RESISTENTE DE EDIFICIOS APORTICADOS
El nuevo programa de Diseño de Edificios está conformado por
cuatro subprogramas:
A) INGRESO DE LOS PORTICOS
B) CALCULO DE LA SUPERFICIE Y CENTROS DE MASA DE
CADA UNO DE LOS PISOS DEL EDIFICIO
CALCULO DE LAS FUERZAS SISMICAS POR PISO DEL
EDIFICIO
IMPORTANTE
El usuario no necesitará ingresar previamente los pórticos
(Programa A) para poder ejecutar el Programa B.
Es decir, se puede correr primero el B
El usuario puede ingresar tantos pórticos como desee cada vez
que corre el programa A, así no se vayan a utilizar en un edificio en
particular.
El usuario puede utilizar pórticos grabados en diferentes directorios
para un mismo edificio.
C) DEFINICION DE LOS PORTICOS (PREVIAMENTE
INGRESADOS) QUE CONFORMAN EL EDIFICIO.
CALCULO DE LAS FUERZAS SISMICAS POR PORTICO
D) ANALISIS Y DISEÑO DE LOS PORTICOS DEL EDIFICIO
ALTERNATIVAS PARA EL DISEÑO DE
APORTICADO MEDIANTE MODULO 4W 1.2
UN
EDIFICIO
A continuación se explican las dos alternativas que tiene el usuario
para resolver (analizar y diseñar en su totalidad) un edificio
aporticado típico, mediante el programa M4W 1.2
1) ALTERNATIVA EXPEDITA O RAPIDA.
A través de esta opción el usuario podrá efectuar el análisis
sísmico de un edificio, y posteriormente diseñarlo totalmente muy
rápido y fácil.
Esta opción es válida si se tiene un edificio relativamente regular
Pasos detallados del Proceso:
PASO 1
Defina y establezca la geometría y cargas de cada uno de los
entrepisos (placas) de su edificio.
PASO 2
Mediante el programa “ (2) CALCULO DE LAS FUERZAS
SISMICAS DE PISO DE UN EDIFICIO” (ubicado en el área de
Diseño Sismo Resistente de Edificios Aporticados), obtenga las
Fuerzas Sísmicas para cada uno de los pisos de su edificio
El programa le entregará igualmente el valor del coeficiente de
capacidad de disipación de energía, R, que se empleará y se lo
pedirá el programa para el cálculo de las derivas y el diseño de
los pórticos
PASO 3
a) Divida el valor de las fuerzas de piso por R (obtenido en el
paso 2)
b) Para cada uno de los sentidos de análisis (X e Y):
Con criterio y empleando su experiencia, distribuya la Fuerza
obtenida en el paso (a ) entre cada uno de los pórticos
Si los pórticos de su edificio son iguales en un sentido dado, X
por ejemplo, divida por el número de pórticos en ese sentido.
No olvide que la distribución se debe hacer en función de las
rigideces de los pórticos y NO en función de sus anchos
aferentes
Se recomienda incrementar la fuerza de piso así obtenida en un
porcentaje (5 a 15%) por la Torsión (accidental y/o de cálculo)
Para la rigidez de cada pórtico influirán:
 Secciones de las Vigas y Columnas
 Longitud de las Vigas
 Alturas de Piso (Longitud de las Columnas)
 Número de tramos del Pórtico
PASO 4
Obtenidas las fuerzas sísmicas de cada pórtico, encuentre las
cargas verticales para cada pórtico.
Para ello deberá resolver las diferentes viguetas de cada uno de
los entrepisos
(Se recomienda utilizar el paquete Módulo Losas 1.0)
PASO 5
Mediante el programa de M4W 1.2 “DISEÑO DE PORTICOS
INDEPENDIENTES” (área: Análisis y Diseño de Pórticos)
ingrese y resuelva los diferentes pórticos de su edificio
No olvide que usted deberá ingresar en cada piso la respectiva
fuerza sísmica (que como ya se aclaró debe estar dividida por R)
Se obtendrán las derivas del Pórtico (para ello elija en el Menú
que aparecerá cuando calcule los desplazamientos por carga
horizontal o sísmica, el respectivo valor de R) y la indicación de
si cumplen o no los límites establecidos por la Norma NSR-98
A continuación diseñe, en forma automática, los diferentes
elementos de su pórtico:





Vigas
Columnas
Zapatas Centradas (se tomarán cuadradas, por defecto)
Zapatas Medianeras
Vigas de enlace
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA ALTERNATIVA RAPIDA
VENTAJAS:
Fácil cálculo de la Fuerza Sísmica del Edificio por Piso
No requiere el ingresar todos los pórticos del edificio para revisar las
derivas y analizar y diseñar un pórtico dado
Para edificios relativamente regulares en los que los pórticos, en
cada sentido X ó Y, son iguales o casi iguales, es muy fácil
distribuir y obtener la fuerza sísmica por pórtico (a partir de la fuerza
por piso)
DESVENTAJAS:
El cálculo de la distribución de la fuerza por piso según las rigideces
de los pórticos y el consecuente cálculo de las fuerzas sísmicas por
pórtico y la torsión NO es automático y exige experiencia y buen
criterio por parte del usuario
ALTERNATIVAS PARA EL DISEÑO DE
APORTICADO MEDIANTE MODULO 4W 1.2
UN
EDIFICIO
2) ALTERNATIVA COMPLETA.
A través de esta opción el usuario podrá resolver el diseño sismo
resistente de edificios con distribución automática del sismo a
cada pórtico, para cada sentido de análisis X e Y.
Pasos detallados del Proceso:
PRIMERA PARTE:
CALCULO DE LAS FUERZAS SISMICAS POR PISO
PASO 1
Defina y establezca la geometría y cargas de cada uno de los
entrepisos (placas) de su edificio.
PASO 2
Mediante el programa “ (2) CALCULO DE LAS FUERZAS
SISMICAS DE PISO DE UN EDIFICIO” (ubicado en el área de
Diseño Sismo Resistente de Edificios Aporticados), obtenga las
Fuerzas Sísmicas para cada uno de los pisos de su edificio
Se entregan también los Centros de Masa (en cada sentido de
análisis X e Y) para cada uno de los entrepisos del edificio
El programa le entregará igualmente el valor del coeficiente de
capacidad de disipación de energía, R
PASO 3
Grabe en el directorio destinado para el edificio particular
Observaciones importantes:
Utilice siempre un directorio diferente para cada edificio
NO utilice el mismo directorio donde están grabados los archivos
originales del programa M4W
Emplee un nombre corto (3 a 4 caracteres) con alguna relación
con el edificio
Los archivos que almacenan los datos de los entrepisos, tendrán
una extensión .fza
SEGUNDA PARTE:
INGRESO DE LOS PORTICOS DEL EDIFICIO
PASO 1
Defina la geometría de los pórticos que conforman el edificio,
establezca las secciones de vigas y columnas que usted
consideren cumplirán satisfactoriamente (y con eficiencia) las
solicitaciones de rigidez y resistencia
PASO 2
Mediante el programa “(1) INGRESO DE PORTICOS” (Area:
Diseño Sismo Resistente de Edificios Aporticados), ingrese por lo
menos los pórticos que conforman el edificio.
Sólo ingrese la geometría y los apoyos. NO ingrese aún las
cargas.
NOTAS IMPORTANTES:
 Usted puede ingresar los pórticos en diferentes tiempos.
Uno o dos hoy, dos o tres mañana, los restantes , dentro
de dos semanas…
 Lo esencial es que en el instante de DEFINIR EL EDIFICIO
(PARTE TERCERA) , todos los pórticos que conforman el
edificio ya estén correctamente ingresados y grabados en
el directorio adoptado para el edificio.
 Tenga especial cuidado en evitar que alguno o algunos de
los miembros queden sin asignárseles sección. Igualmente
no olvide definir correctamente los apoyos y sus
restricciones
 Para definir un miembro como ficticio, asígnele una sección
de 0.01 cm x 5 cm
 No asigne o aplique a un miembro ficticio carga vertical
 Para grabar cada pórtico utilice el directorio destinado para
el edificio en particular
 Emplee nombres cortos (máximo 3 ó 4 caracteres) para los
pórticos
TERCERA PARTE:
 DEFINICION
DE
LOS
PORTICOS
QUE
CONFORMAN EL EDIFICIO
 CALCULO DE LAS FUERZAS SISMICAS POR
PORTICO
 CALCULO DE LAS DERIVAS DE CADA PORTICO
Mediante el programa “(3) DEFINICION DE LOS PORTICOS
DEL EDIFICIO. FUERZAS POR PORTICO Y DERIVAS” (Area:
Diseño Sismo Resistente de Edificios Aporticados), proceda a:
TERCERA PARTE:
PASO 1
DEFINICION
DEL
EDIFICIO
(PORTICOS
QUE
LO
CONFORMAN Y SUS BRAZOS)
Definir qué Pórticos (tanto en sentido X como en Y) conforman el
edificio
Para ello:
a) Llame el Pórtico a incluir en el edificio particular. Busque la
ruta del directorio y escoja el pórtico
b) Grábelo como paralelo al eje X o como paralelo al eje Y,
según el caso
c) Defina el brazo Y del Pórtico, respecto del centro global de
coordenadas, si el pórtico es paralelo al eje X
Defina el brazo X del Pórtico, respecto del centro global de
coordenadas, si el pórtico es paralelo al eje Y
Repita el proceso desde (a) hasta haber definido todos los
pórticos que conforman el edificio
Una vez terminado de ingresar el último pórtico, grabe la
definición, con un nombre corto (3 a 4 caracteres máximo) en
el directorio particular del edificio.
Los archivos que almacenan los datos de las definiciones, es
decir la información con los nombres de los pórticos del edificio y
sus brazos, tendrán una extensión .def
TERCERA PARTE:
PASO 2
CALCULO DE LAS RIGIDECES DE PORTICOS, CENTROS DE
RIGIDEZ, EXCENTRICIDADES Y FUERZAS SISMICAS POR
PORTICO CONSIDERANDO TORSION.
Con la información ingresada en el paso anterior (1) ya se
pueden obtener las rigideces de los pórticos, tanto en sentido X
como en sentido Y.
Para calcular las excentricidades y a partir de ellas la torsión de
cada piso, requerimos llamar el archivo con las fuerzas de piso y
los centros de masas
Para ello:
a) Llame el archivo (extensión *.fza) que contiene la información
con las fuerzas de piso y los centros de masa (grabados en la
parte primera) . Busque la ruta del directorio y escoja el
archivo respectivo.
NOTA: Usted puede llamar la información de fuerzas de piso de
otro edificio, pero debe tener el mismo número de pisos y tener
alguna relación, por lo que debe ser cuidadoso con el manejo de
los nombres de los archivos y en lo preferible no cruzar edificios
diferentes.
b) Obtenga los resultados:
Para cada piso:
Excentricidad X
Excentricidad Y
Para el sentido X:
Rigideces de los Pórticos
Fuerzas de Pórtico en cada piso, incluyendo Fuerza por
desplazamiento, torsión accidental, torsión de cálculo y Fuerza
Sísmica Total
Para el sentido Y:
Rigideces de los Pórticos
Fuerzas de Pórtico en cada piso, incluyendo Fuerza por
desplazamiento, torsión accidental, torsión de cálculo y Fuerza
Sísmica Total
TERCERA PARTE:
PASO 3
CALCULO DE LAS DERIVAS DE LOS PORTICOS
En esta parte del proceso se obtienen las derivas de los pórticos.
Estas se calcularán pórtico por pórtico, NO en cadena. Esto
quiere decir que el usuario podrá calcular las derivas de un solo
pórtico específico del edificio, o de todos, si lo desea.
Para cada pórtico a calcular, el usuario debe necesariamente
definir los nudos de aplicación de las fuerzas sísmicas (un nudo
por piso)
El programa presentará el esquema del pórtico con los nudos
numerados y la tabla de fuerzas del pórtico en cada piso.
El usuario sólo debe elegir el nudo adecuado de cada piso,
cuidándose de no asignar como nudo de aplicación un nudo que
pertenezca a un miembro ficticio (de sección 0.01x5) pues ello
generaría unos desplazamientos absurdos al aplicarse la fuerza
a un miembro de inercia cercana a cero.
Como resultados se obtendrán.
Para cada pórtico, en cada piso:
 Desplazamiento en nudo superior de piso
 Desplazamiento en nudo inferior de piso
 Deriva Calculada
 Deriva Máxima
 Relación deriva calculada / deriva máxima
 Revisión de Cumplimiento de la Deriva Máxima
CUARTA PARTE:
ANALISIS Y DISEÑO DE LOS PORTICOS DEL EDIFICIO
La parte final del proceso es la resolución de los pórticos .
Para ello se requiere llamar a los pórticos del edificio
(obviamente ya ingresados y procesados en los pasos
anteriores) e ingresar las cargas verticales y las fuerzas sísmicas
del pórtico (obtenidas en la parte tercera)
CUARTA PARTE:
PASO 1
Llame el Pórtico a resolver. Busque la ruta del directorio y escoja
el pórtico
CUARTA PARTE:
PASO 2
Ingrese gráficamente las cargas verticales muertas y vivas del
pórtico (cargas obtenidas a partir de las reacciones de las
viguetas de la losa de cada entrepiso)
CUARTA PARTE:
PASO 3
Llame las cargas sísmicas del pórtico
Ingrese gráficamente las cargas sísmicas del pórtico en los
respectivos nudos (aparecerán en la tabla de fuerzas)
CUARTA PARTE:
PASO 4
Resolución del Pórtico:
ANALISIS
Estado de Carga: Muerta:
Obtenga
Para los Nudos: Desplazamiento en X
Desplazamiento en Y
Giro o Rotación en Z
Reacciones en los Apoyos
Para los Miembros: Fuerza Axial
Fuerza Cortante
Momento en los Extremos
Estado de Carga: Viva:
Obtenga
Para los Nudos: Desplazamiento en X
Desplazamiento en Y
Giro o Rotación en Z
Reacciones en los Apoyos
Para los Miembros: Fuerza Axial
Fuerza Cortante
Momento en los Extremos
Estado de Carga: Sísmica:
Obtenga
Para los Nudos: Desplazamiento en X
Desplazamiento en Y
Giro o Rotación en Z
Reacciones en los Apoyos
Para los Miembros: Fuerza Axial
Fuerza Cortante
Momento en los Extremos
DISEÑO
Diseño de las Vigas
Diseño de las Columnas
Diseño de las Zapatas Centradas
Diseño de las Zapatas Medianeras
Diseño de las Vigas de Amarre
OBSERVACION MUY IMPORTANTE !
CONDICION INDISPENSABLE QUE DEBE DARSE EN TODO
EDIFICIO RESUELTO CON MODULO 4W 1.2
Para que la distribución del sismo tanto vertical como horizontal
se haga correctamente, es indispensable que todos los niveles de
los pisos de todos los pórticos sean respectivamente idénticos.
Es decir que si , por ejemplo, el primer piso (entrepiso) del
Pórtico A tiene una altura (a borde superior de placa) de 3.45 m,
todos los demás pórticos del edificio deben tener esa misma altura
en su primer piso.
Igualmente, las alturas del edificio procesado para obtener las
fuerzas sísmicas por piso y los centros de masas, deben ser
idénticas a las respectivas alturas de piso de todos los pórticos que
conforman el edificio.
|
EJEMPLO DE APLICACIÓN
ANALISIS Y DISEÑO COMPLETO DE UN EDIFICIO
APORTICADO
VT-1
1.25
30
30x35
40
30
30
40
40
40
3
40
VT-1
4.70
40x35
40x35
40x35
40x35
30
30
VT-1
30
40
30x35
40
40
40
40
2
VT-2
3.85
VT-2
30
5.30
B
A
1
40
40
5.60
0.90
30
40
30x35
40
5.80
C
PLANTA ESTRUCTURAL DEL ENTREPISO TÍPICO
Placa H = 0.35 m
Viguetas: 0.12 x 0.35
Separación a ejes: 0.77 m
D
40x35
40x35
30x40
3.05
30x40
40x35
3.05
30x40
30x40
40x35
40x35
30x40
30x40
30x40
30x40
30x40
4.70
3.85
30x35
40x30
1.25
40x30
40x30
40x30
30x35
40x30
40x30
C
B
A
0.90
40x30
30x35
30x35
3.35
5.60
3.85
PORTICO D
40x30
40x30
2
30x35
30x35
3.05
30x40
3
1
PORTICOS A, B, y C
3.05
30x40
40x35
2
1.25
30x40
40x35
30x40
3
30x40
40x35
30x40
3.35
40x35
5.30
PORTICO 1
30x35
3.05
30x35
40x30
40x30
30x35
3.05
40x30
40x30
40x30
40x30
40x30
30x35
40x30
40x30
C
B
5.60
40x30
30x35
30x35
40x30
A
0.90
40x30
30x35
30x35
3.35
30x35
5.30
PORTICOS 2 y 3
D
5.80
BRAZOS DE LOS PORTICOS PARALELOS AL EJE X
PORTICO
P1
P2
P3
BRAZO Y (m)
0.15
4.00
8.70
BRAZOS DE LOS PORTICOS PARALELOS AL EJE Y
PORTICO
PA
PB
PC
PD
BRAZO X (m)
0.90
6.50
11.80
17.60
CARGAS SOBRE LOS PORTICOS SISMICOS
Pórticos 2 y 3
WD = 0.738 t/m2 x (0.30+0.77)m = 0.790 t /,m
WL = 0.20 t/m2 x (0.30+0.77) = 0.21 t / m
Pórtico 1
WD = 0.738 t/m2 x (0.30+0.77 / 2)m + 0.15x1.8x2.70 = 1.23 t / m
WL = 0.20 t/m2 x (0.30+0.77 / 2) = 0.14 t / m
1.25
2.409, 0.653
0.79, 0.21
4.292, 1.164
4.55, 1.234
0.79, 0.21
1.733, 0.47
0.79, 0.21
3
4.70
2.409, 0.653
4.292, 1.164
4.55, 1.234
0.79, 0.21
0.79, 0.21
1.733, 0.47
0.79, 0.21
2
3.85
2.306, 0.625
4.947, 1.341
1.451, 0.374
1.23, 014
1.23, 014
1
5.60
0.90
5.30
5.80
B
A
CARGAS SOBRE LAS VIGAS POR LAS VIGUETAS
2.409, 0.653
WD, WL

D
C
1.23, 014
WD, WL
(t/m)
CARGAS SOBRE LOS PORTICOS (de servicio, WD, WL en t/m)
2.41, 0.65
2.31, 0.63
4.95, 1.34
4.29, 1.16
3.05
3.05
2.41, 0.65
2.31, 0.63
3.05
4.29, 1.16
4.95, 1.34
4.29, 1.16
4.95, 1.34
3.05
2.41, 0.65
2.31, 0.63
3.35
3.35
3
1
2
1.25
4.70
3.85
3
1.25
4.70
3.85
PORTICO A
PORTICO B
1.45, 0.39
4.55, 1.23
1.78, 0.47
3.05
3.05
1.45, 0.39
4.55, 1.23
1.78, 0.47
3.05
3.05
1.45, 0.39
4.55, 1.23
1.78, 0.47
3.35
3.35
3
1.25
1
2
1
2
4.70
3.85
PORTICO C
3
1.25
2
4.70
PORTICO D
1.23, 0.14
1.23, 0.14
3.05
1.23, 0.14
1.23, 0.14
PORTICO 1
3.05
1.23, 0.14
1.23, 0.14
3.35
0.90
C
B
A
5.60
0.79, 0.21
5.30
0.79, 0.21
0.79, 0.21
3.05
0.79, 0.21
0.79, 0.21
0.79, 0.21
3.05
PORTICOS 2 y 3
0.79, 0.21
0.79, 0.21
0.79, 0.21
3.35
0.90
C
B
A
5.60
5.30
D
5.80