3. estructuras

Memoria justificativa
3. ESTRUCTURAS
El presente estudio tiene por objeto justificar el cálculo de la estructura de la
obra de referencia. Asimismo se indican las características de los materiales
empleados, hipótesis utilizadas en el cálculo, acciones,…
La construcción a diseñar consiste en una nave cuadrangular de dimensiones
50m.x50m. Se resuelve mediante tres tipos de pórticos rígidos empotrados en los
apoyos, distribuidos según planos.
La estructura se divide en dos partes separadas por una junta de dilatación.
Una corresponde a la zona de extracción y patio de limpieza (Estructura A), y la otra
corresponde al resto de dependencias de la fábrica (Estructura B).
La estructura A, a su vez, se divide en dos partes, ya que la zona de extracción
posee cerramientos laterales y en cubierta (Estructura A.1), y el patio de limpieza sólo
posee cerramientos en cubierta (Estructura A.2).
El cerramiento tanto en cubiertas como en laterales se realizará con paneles
sándwich.
Se dimensionan los elementos metálicos de acuerdo a la norma EA-95
(Estructuras de Acero en la Edificación), determinándose las tensiones y
deformaciones, así como la estabilidad, de acuerdo a los principios de la Mecánica
Racional y la Resistencia de Materiales.
Se realiza un cálculo lineal de primer orden, admitiéndose localmente
plastificaciones de acuerdo a lo indicado en la norma.
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La estructura se supone sometida a las acciones exteriores, ponderándose para
la obtención de las tensiones y comprobación de secciones, y sin mayorar para las
comprobaciones de deformaciones, de acuerdo con los límites de agotamiento de
tensiones y límites de flecha establecidos.
Para el cálculo de los elementos comprimidos se tiene en cuenta el pandeo por
compresión, y para los flectados el pandeo lateral, de acuerdo a las indicaciones de la
norma.
Para el dimensionado de las correas utilizamos el programa informático
Generador de Pórticos de Cype Ingenieros. A continuación mostramos los datos
utilizados para el cálculo y los resultados obtenidos:
Datos de la estructura A.1:
Separación entre pórticos: 4.94 m.
Número de pórticos: 4
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Con cerramiento en cubierta
- Peso del cerramiento: 0.20 KN/m2
- Sobrecarga del cerramiento: 0.60 KN/m2
Con cerramiento en laterales
- Peso del cerramiento: 0.20 KN/m2
Normas y combinaciones:
Perfiles conformados: EA-95 (MV110)
Grupo de combinaciones:EA-95
Perfiles laminados: EA-95 (MV103)
Grupo de combinaciones: EA-95
Desplazamientos
Grupo de combinaciones: Acciones Características
Datos de viento:
Según N.T.E (España)
Zona Eólica: X
Situación: Normal
Porcentaje de huecos: Menos del 33% de huecos
Hipótesis aplicadas:
1 - Hipótesis A izquierda.
2 - Hipótesis A derecha.
3 - Hipótesis B izquierda.
4 - Hipótesis B derecha.
Datos de nieve:
Según N.T.E (España)
Altitud topográfica: Altura comprendida entre 0 y 200 metros.
Hipótesis aplicadas:
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1 - Hipótesis nieve NTE
Aceros en perfiles:
Tipo acero
Aceros Conformados
Acero
A37
Datos de pórticos
Pórtico
Tipo
1
Dos aguas
Lim. Elástico MPa
235
Geometría
Luz izquierda: 11.68 m.
Módulo de elasticidad GPa
206
Tipo interior
Celosía americana
Luz derecha: 11.68 m.
Alero izquierdo: 12.00 m.
Alero derecho: 12.00 m.
Altura cumbrera: 15.00 m.
Datos de correas de cubierta
Parámetros de cálculo
Límite flecha: L / 250
Descripción de correas
Tipo de perfil: ZF-200x2.0
Número de vanos: Tres o más vanos
Separación: 2.50 m.
Tipo de fijación: Fijación rígida
Tipo de Acero: A37
Comprobación
El perfil seleccionado cumple todas las comprobaciones.
Porcentajes de aprovechamiento:
- Tensión: 96.87 %
- Flecha: 64.82 %
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Datos de correas laterales
Parámetros de cálculo
Límite flecha: L / 250
Descripción de correas
Tipo de perfil: CF-160x2.0
Número de vanos: Tres o más vanos
Separación: 3.00 m.
Tipo de fijación: Fijación rígida
Tipo de Acero: A37
Comprobación
El perfil seleccionado cumple todas las comprobaciones.
Porcentajes de aprovechamiento:
- Tensión: 85.46 %
- Flecha: 68.12 %
Medición de correas
Tipo de correas
Nº de correasPeso lineal Kg/m Peso superficial KN/m2
Correas de cubierta
12
72.13
0.03
Correas laterales
10
48.02
0.02
Datos de la estructura A.2:
Separación entre pórticos: 4.94 m.
Número de Pórticos: 7
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Con cerramiento en cubierta
- Peso del cerramiento: 0.20 KN/m2
- Sobrecarga del cerramiento: 0.60 KN/m2
Sin cerramiento en laterales.
Normas y combinaciones:
Perfiles conformados: EA-95 (MV110)
Grupo de combinaciones: EA-95
Perfiles laminados: EA-95 (MV103)
Grupo de combinaciones: EA-95
Desplazamientos
Grupo de combinaciones: Acciones Características
Datos de viento:
Según N.T.E (España)
Zona Eólica: X
Situación: Normal
Porcentaje de huecos: Menos del 33% de huecos
Hipótesis aplicadas:
1 - Hipótesis A izquierda.
2 - Hipótesis A derecha.
3 - Hipótesis B izquierda.
4 - Hipótesis B derecha.
Datos de nieve:
Según N.T.E (España)
Altitud topográfica: Altura comprendida entre 0 y 200 metros.
Hipótesis aplicadas:
1 - Hipótesis nieve NTE
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Aceros en perfiles
Tipo acero
Acero Lim. elástico MPa Módulo de elasticidad GPa
Aceros Conformados
Pórtico
1
A37
235
Datos de pórticos
Tipo exterior
Geometría
Dos aguas Luz izquierda: 11.68 m.
206
Tipo interior
Celosía americana
Luz derecha: 11.68 m.
Alero izquierdo: 12.00 m.
Alero derecho: 12.00 m.
Altura cumbrera: 15.00 m.
Datos de correas de cubierta
Parámetros de cálculo
Límite flecha: L / 250
Descripción de correas
Tipo de perfil: ZF-200x2.0
Número de vanos: Tres o más vanos
Separación: 2.50 m.
Tipo de fijación: Fijación rígida
Tipo de Acero: A37
Comprobación
El perfil seleccionado cumple todas las comprobaciones.
Porcentajes de aprovechamiento:
- Tensión: 96.87 %
- Flecha: 64.82 %
Medición de correas
Tipo de correas
Nº de correas Peso lineal Kg/m Peso superficial KN/m2
Correas de cubierta
12
72.13
0.03
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Datos de la estructura B:
Separación entre pórticos: 4.94 m.
Número de Pórticos: 11
Con cerramiento en cubierta
- Peso del cerramiento: 0.20 KN/m2
- Sobrecarga del cerramiento: 0.60 KN/m2
Con cerramiento en laterales
- Peso del cerramiento: 0.20 KN/m2
Normas y combinaciones:
Perfiles conformados: EA-95 (MV110)
Grupo de combinaciones: EA-95
Perfiles laminados: EA-95 (MV103)
Grupo de combinaciones: EA-95
Desplazamientos
Grupo de combinaciones: Acciones Características
Datos de viento:
Según N.T.E (España)
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Zona Eólica: X
Situación: Normal
Porcentaje de huecos: Menos del 33% de huecos
Hipótesis aplicadas:
1 - Hipótesis A izquierda.
2 - Hipótesis A derecha.
3 - Hipótesis B izquierda.
4 - Hipótesis B derecha.
Datos de nieve:
Según N.T.E (España)
Altitud topográfica: Altura comprendida entre 0 y 200 metros.
Hipótesis aplicadas:
1 - Hipótesis nieve NTE
Aceros en perfiles
Tipo acero
Acero Lim. elástico MPa Módulo de elasticidad GPa
Aceros Conformados A37
Pórtico
1
Datos de pórticos
Tipo exterior
Un agua
235
Geometría
Luz total: 7.90 m.
206
Tipo interior
Pórtico rígido
Alero izquierdo: 5.00 m.
Alero derecho: 5.00 m.
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2
Dos aguas
Luz izquierda: 8.75 m.
Pórtico rígido
Luz derecha: 8.75 m.
Alero izquierdo: 10.00 m.
Alero derecho: 10.00 m.
Altura cumbrera: 13.00 m.
Datos de correas de cubierta
Parámetros de cálculo
Descripción de correas
Límite flecha: L / 250
Tipo de perfil: ZF-200x2.0
Número de vanos: Tres o más vanos Separación: 2.40 m.
Tipo de fijación: Fijación rígida
Tipo de Acero: A37
Comprobación
El perfil seleccionado cumple todas las comprobaciones.
Porcentajes de aprovechamiento:
- Tensión: 97.09 %
- Flecha: 63.84 %
Datos de correas laterales
Parámetros de cálculo
Límite flecha: L / 250
Descripción de correas
Tipo de perfil: CF-160x2.0
Número de vanos: Tres o más vanos Separación: 3.00 m.
Tipo de fijación: Fijación rígida
Tipo de Acero: A37
Comprobación
El perfil seleccionado cumple todas las comprobaciones.
Porcentajes de aprovechamiento:
- Tensión: 82.07 %
- Flecha: 65.41 %
Medición de correas
Tipo de correas
Nº de correasPeso lineal Kg/m Peso superficial KN/m2
Correas de cubierta
14
84.15
0.03
Correas laterales
10
48.02
0.02
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La estructura de los diferentes pórticos se realiza a base de pilares HEB y
perfiles huecos redondos en las cerchas para la estructura A; y pilares HEB y vigas
IPE para la estructura B.
Los pórticos se arrostran mediante cruces de San Andrés (perfiles metálicos
redondos Ø16 y Ø18) y vigas de atado de pilares (IPE 100).
El material usado para todos estos elementos estructurales será Acero A42b
cuyas características son las siguientes:
Módulo de elasticidad: 206,01 Gpa
Módulo el.trans.: 79,23 GPa
Límite elástico \ Fck: 255,06 MPa
Coeficiente de dilatación: 1,2x10-5m/mºC
Peso específico: 77,01 KN/m3
Para este material y el de las correas se harán los ensayos pertinentes
de acuerdo a lo indicado en las partes 2 y 5 de la norma EA-95.
Para el cálculo de pilares, vigas, cerchas y cruces de San Andrés se utiliza el
programa informático METAL 3D de Cype Ingenieros.
Definimos los nudos de la estructura de la siguiente forma:
•
Base de pilares: nudos empotrados.
•
Cabeza de pilares excepto pilares intermedios y cumbreras: nudos
articulados con desplazamiento impedido en dirección perpendicular
al plano del pórtico.
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•
Cabeza de pilares intermedios y nudos de las cerchas: nudos
articulados.
•
Nudos de cruces de San Andrés: articulados al resto de las barras.
Para las acciones sobre la edificación seguimos las instrucciones de la Norma
Básica de la Edificación AE-88:
Las Hipótesis de carga serán 7 para la estructura A1 y B, y 5 para la
estructura A2.
Hipótesis de carga para la estructura A1 y B:
1. Peso propio:
Para obtener la carga lineal sobre las vigas de los pórticos intermedios,
multiplicamos el peso de la cubierta por la separación entre pórticos:
20 Kg/m2 x 4,94 m.= 98,8 Kg/m.= 0,98 KN/m.
Para los pórticos iniciales y finales la carga será la mitad: 0,49 KN/m.
2. Viento lateral derecho:
Según la norma AE-88 para una situación topográfica normal y una
altura de coronación entre 11 y 30 m., la presión dinámica es w = 75 Kg/m2.
El coeficiente eólico de sobrecarga en una construcción cerrada a barlovento
es 0,8 y a sotavento 0,4 para nuestro caso. Por tanto, la sobrecarga de viento
sobre un elemento superficial es:
A barlovento: 0,8 x 75 Kg/m2 = 60 Kg/m2
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Memoria justificativa
A sotavento: 0,4 x 75 Kg/m2 = 30 Kg/m2
Para obtener la carga lineal sobre los pilares de los pórticos
intermedios, multiplicamos la sobrecarga de viento por la separación entre
pórticos:
A barlovento: 60 Kg/m2 x 4,94 m.= 296,40 Kg/m.= 2,96KN/m.
Para los pórticos iniciales y finales la carga será la mitad: 1,48 KN/m.
A sotavento: 30 Kg/m2 x 4,94 m.= 148,20 Kg/m.= 1,48KN/m.
Para los pórticos iniciales y finales la carga será la mitad: 0,74 KN/m.
3. Viento lateral izquierdo:
Igual que el anterior pero suponiendo que el viento sopla en dirección
contraria.
4. Viento frontal derecho:
Pilar 1:
A barlovento: 60 Kg/m2 x 3,95m. = 2,37 KN/m
A sotavento. 30 Kg/m2 x 3,95m. = 1,19 KN/m
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Pág. 26
Memoria justificativa
Pilar 2:
A barlovento: 60 Kg/m2 x 6,87m. = 4,12 KN/m
A sotavento. 30 Kg/m2 x 6,87m.= 2,06 KN/m
Pilar 3:
A barlovento: 60 Kg/m2 x 2,92 m.. = 1,75 KN/m
A sotavento. 30 Kg/m2 x 2,92 m. = 0,88 KN/m
Pilar 4:
A barlovento: 60 Kg/m2 x 5,83 m. = 3,50 KN/m
A sotavento. 30 Kg/m2 x 5,83 m.= 1,75 KN/m
Pilar 5:
A barlovento: 60 Kg/m2 x 5,83 m.. = 3,50 KN/m
A sotavento. 30 Kg/m2 x 5,83 m. = 1,75 KN/m
Pilar 6:
A barlovento: 60 Kg/m2 x 2,92 m.. = 1,75 KN/m
A sotavento. 30 Kg/m2 x 2,92 m. = 0,88 KN/m m
Pilar 7:
A barlovento: 60 Kg/m2 x 2,94 m.. = 1,75 KN/m
A sotavento. 30 Kg/m2 x 2,94 m. = 0,88 KN/m
Pilar 8:
A barlovento: 60 Kg/m2 x 5,84 m. = 3,50 KN/m
A sotavento. 30 Kg/m2 x 5,84 m.= 1,75 KN/m
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Pág. 27
Memoria justificativa
Pilar 9:
A barlovento: 60 Kg/m2 x 5,84 m.. = 3,50 KN/m
A sotavento. 30 Kg/m2 x 5,84 m. = 1,75 KN/m
Pilar 10:
A barlovento: 60 Kg/m2 x 5,84 m.. = 3,50 KN/m
A sotavento. 30 Kg/m2 x 5,84 m. = 1,75 KN/m
Pilar 11:
A barlovento: 60 Kg/m2 x 2,94 m.. = 1,75 KN/m
A sotavento. 30 Kg/m2 x 2,94 m. = 0,88 KN/m m
5. Viento frontal izquierdo:
Igual al anterior pero suponiendo que el viento sopla en dirección
contraria.
6. Sobrecarga de uso:
Para obtener la carga lineal sobre las vigas de los pórticos intermedios,
multiplicamos la sobrecarga de uso por la separación entre pórticos:
60 Kg/m2 x 4,94 m. = 296,40 Kg/m. = 2,96 KN/m.
Para los pórticos iniciales y finales la carga será la mitad: 1,48 KN/m.
7. Sobrecarga de nieve:
Según la norma AE-88, para una altitud topográfica de 0 a 200 m. la
sobrecarga de nieve es 40 Kg/m2. La multiplicamos por la separación entre
pórticos para obtener la carga lineal sobre las vigas de los pórticos
intermedios:
40 Kg/m2 x 4,94 m. = 197,60 Kg/m. = 1,98 KN/m.
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Pág. 28
Memoria justificativa
Para los pórticos iniciales y finales la carga será la mitad: 0,99 KN/m.
Hipótesis de carga para la estructura A2:
1. Peso propio:
Igual que para las estructuras anteriores.
2. Viento lateral derecho:
Según la norma AE-88 para construcciones abiertas, la estructura está
dentro del caso I con un ángulo α = 14º, por tanto el coeficiente eólico a
barlovento es 0,9 y a sotavento 0.
Por tanto, la sobrecarga de viento sobre un elemento superficial es:
A barlovento: 0,9 x 75 Kg/m2 = 67,5 Kg/m2
A sotavento: 0 x 75 Kg/m2 = 0 Kg/m2
Para obtener la carga lineal sobre las vigas de los pórticos intermedios,
multiplicamos la sobrecarga de viento por la separación entre pórticos:
A barlovento: 67,5 Kg/m2 x 4,94 m.= 333,45 Kg/m.= 3,33KN/m.
Para los pórticos iniciales y finales la carga será la mitad: 1,66 KN/m.
A sotavento: 0
3. Viento lateral izquierdo:
Igual que el anterior pero suponiendo que el viento sopla en dirección
contraria.
4. Sobrecarga de uso:
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Memoria justificativa
Igual que para las otras estructuras.
5. Sobrecarga de nieve:
Igual que para las otras estructuras.
Las acciones térmicas y reológicas se han tenido en cuenta en el diseño de las
juntas de dilatación, en función de las dimensiones totales del edificio.
No consideramos acciones sísmicas ya que según a la norma de construcción
sismorresistente NCSE-02 no es obligada su aplicación para construcciones de
importancia normal con pórticos bien arriostrados entre sí en todas las direcciones
cuando la aceleración sísmica básica ab sea inferior a 0,08 g.
Los coeficientes de pandeo se han deducido según la norma.
La flecha máxima admisible para vigas se establece, según la norma, en
L/250.
Los resultados obtenidos se muestran en los planos de estructuras.
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