Dimensionamiento, Cargas, Analisis Sismico

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

“UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL”

CURSO : ANALISIS ESTRUCTURAL I

TEMA : ANALISIS ESTRUCTURAL DE UN HOSPITAL

PROFESOR : Ing. SALAZAR CORREA HUGO.

ALUMNOS :

2015


ESTRUCTURACION,DIMENSIONAMIENTO Y METRADO DE CARGAS

I. INTRODUCCION

La estructuración se lleva a cabo, según los planos de distribución Arquitectónico, es necesario estos análisis para conocer el comportamiento estructural de la edificación según las cargas dadas y realizar el diseño adecuado de sus elementos teniendo en cuenta las normas vigentes de diseño estructural.

2. OBJETIVOS

Estructurar y pre dimensionar los elementos estructurales

Metrar cargas de la edificación.

Análisis sísmico de la edificación.

3.-REGLAMENTOS Y CODIGOS

REGLAMENTOSSe analizará la edificación según el Reglamento Nacional de Edificaciones (R.N.E.)

CODIGOSNorma E-020 (Cargas)Norma E-030 (Diseño Sismorresistente)Norma E-050 (Suelos y Cimentaciones)Norma E-060 (Concreto Armado)Norma E-070 (Albañilería)

4.- MATERIALES


Concreto:

Concreto armado:

Platea, zapatas, vigas, f‘c= 210 kg/cm2 (a los 28 días)Columnas, placas y vigas

Acero de refuerzo:

Esfuerzo de fluencia fy=4200 kg/cm2 (Grado 60)

Albañilería:

Ladrillo tipo IV f‘m= 45 kg/cm2 (mortero 1:4)

Suelo:

Capacidad admisible σ t=3.30 kg/cm2 (zapatas aisladas armadas)

(Según estudio de suelos) σ t=2.50 kg/cm2 (cimientos corridos)

DATOS DE LA ESTRUCTURA

h1 '=3 .60 m .

h2=3 . 60 m .

h3=3 . 60 m .

Muro perimetral en la azotea.

Sobrecarga o carga viva de un hospital 300 Kg /m2,según norma E-020.

Peso propio de losa de 0.25 m. (e = 0.25 m.) 350 Kg /m2

γ concreto=2400 Kg /m3 γ muro de ladrillo=1800 Kg /m3

5. PREDIMENSIONAMIENTO DE LOSA


t=L25

⇒t=6. 225

⇒t=0 . 25 m

t=L25

⇒t=5 . 925

⇒t=0 . 24 m

Tomamost=0 . 25 m .

6. PREDIMENSIONAMIENTO DE LAS VIGAS

PRIMER, SEGUNDO Y TERCER PISO

VIGAS SECUNDARIAS

{ h12

=9 .3512

=0 .77m

h=0 .77 m 0 .30(0 .77 )<b<0 .5( 0. 77 )

b=0.40

PRIMER, SEGUNDO Y TERCER PISO

VIGAS PRINCIPAL

{h12=5 . 9

12=0. 49 m

{h12=6 . 2

12=0. 52 m

h=0 .50 m 0 .30(0 .50 )<b<0.5(0 . 50)

b=0.25

7. METRADO DE CARGAS


Carga Muerta.- Son cargas permanentes y que no son debidas al uso de la

estructura. En esta categoría se pueden clasificar las cargas correspondientes

al peso propio y al peso de los materiales que soporta la estructura tales como

acabados, divisiones, fachadas, techos, etc. Dentro de las cargas muertas

también se pueden clasificar aquellos equipos permanentes en la estructura.

En general las cargas muertas se pueden determinar con cierto grado de

exactitud conociendo la densidad de los materiales

Carga viva.- Corresponden a cargas gravitacionales debidas a la ocupación

normal de la estructura y que no son permanentes en ella. Debido a la

característica de movilidad y no permanencia de esta carga el grado de

incertidumbre en su determinación es mayor.Es el peso de todos los

ocupantes, materiales, equipos muebles y otros elementos móviles soportados

por la edificación.

Cargas producidas por Sismo.- Mediante análisis estático y/o dinámico de

acuerdo a lo especificado por la norma sismo resistente E-030 del reglamento

nacional de edificaciones vigente. Según especificaciones de planos las cargas

son:

CALCULOS:

CONSIDERACIONES:

Peso de Techo (Kg/m2) 350Acabados (Kg/m2) 100Tabiquería (kg/m2) 100Peso esp concreto Kg/m3 2400Peso de muros albañilería (Kg/m3) 1800


8. METRADO DE COLUMNAS

Predimensionamiento de Columnas:

Para el cálculo del área mínima se utilizaron las siguientes ecuaciones:

PT=Sum[PaiATi + PVi], i: 1 ... N

Ac=(PT)/0.35Fć

Donde:

Ac : Area de columna

Pai: Peso de losa aligerada por piso y eje. Pa = 750 Kg/m2

ATi: Area Tributaria por piso y eje

PVi: Peso de la viga por eje. PV = 2400 Kg/m3

N: Número de pisos, para nuestro diseño; N = 3

Fć: Resistencia del concreto, para nuestra estructura: Fć = 210Kg/cm2

Se analizaron las áreas tributarias tanto del techo como de las vigas y se escogió la columna que tenían las cargas mas críticas.

EJE AREA TRIB.(M2) EJE B AREA TRIB.

(M2) EJE C AREA TRIB.(M2) EJE D AREA TRIB.

(M2)A/2 3.675 B/2 9.45 C/5 9.715 D/2 5.78A/3 6.79 B/3 16.39 C/6 15.89 D/3 10.67A/5 7.62 B/5 7.75 C/7 11.03 D/5 9.85A/6 7.90 D/6 8.00A/7 5.48 D/7 5.30

D.1 Cálculo del área trasnversal de una columna crítica

Area tributaria = 16.39 m2

Longitud de viga V(0.20x0.45) = 3.66 m

Longitud de viga V(0.25x0.45) = 5.15 m

PT=(16.39*500*2+16.39*400+3.66*2400*.20*.45+5.15*.25*.45*2400)

PT = 25,127.06 kg

Luego:

Ac = (25,127.06 kg)/(0.35x210 kg/cm2)

Ac = 341.87 cm2


Según la norma E.020 La rigidez de la columna debe ser mayor que la rigidez de la viga.

Se entiende por rigidez al cociente de la inercia entre la longitud del elemento

Rigidez= IL

COLUMNA VIGABASE 0.35 0.25ALTURA 0.35 0.45INERCIA 0.00125052 0.00189844Relación Inercias 1 1.51811745LONG. CRÍTICA 2.8 4.55RIGIDEZ 0.00044661 0.00041724Relación de Rigidez 1.07039114 1

Por esta razón, se decidió darle a las columnas C-1 dimensiones de 0.35 x 0.35 m en todos los ejes puesto que en todos los demás las solicitudes de cargas son menores , además por que la arquitectura implica estas dimensiones básicas.

D.2 Metrado de Cargas de columnas y placas

UND AREA W - 1° PISO W - 2° PISO

W - 3° PISO TOTAL

C-1 16 0.122 3.3 4 4 11.30P-1 1 0.06 0.403 0.374 0.374 1.15TOTAL - - 3.703 4.374 4.374 12.45

El metrado de cargas de las columnas en toda la edificación es de 12.45Tn., y está en función del número de columnas de la misma sección, altura y peso específico del concreto.


9. ANALISIS SISMICO DE LA EDIFICACION

ANÁLISIS SÍSMICO

Dado que nuestro país se encuentra en una zona sísmica, es necesario que nuestrasEstructuras sean capaces de resistir las fuerzas producidas por estos fenómenos,Asegurándose de que no ocurra el colapso de la misma y de esta manera evitar laPérdida de vidas.

El análisis sísmico ayudará a conocer cómo será el comportamiento de la estructura ante la presencia de un sismo; permitiéndonos conocer los períodos de vibración de la estructura, la fuerza cortante en la base del edificio, los desplazamientos laterales y los esfuerzos producidos debido a las fuerzas horizontales que actúan sobre la estructura.

Condiciones generales para el análisis:Los parámetros necesarios para llevar a cabo el análisis sísmico son:

FACTOR DE ZONA (Z):

Tabla RNE NORMAE.030:


Se puede observar que el departamento de Puno está ubicado en la zona 2. Por ello para nuestro diseño sismo resistente tendremos un valor de Z = 0.3

CONDICIONES GEOTÉCNICAS:

El edificio se cimentará sobre un suelo arcilloso el cual es flexible. Para este tipo de suelo, la norma E.030 especifica:

Con esta tabla, elegiremos los valores de S = 1.4 yTp = 0.9

FACTOR DE AMPLIFICACIÓN SÍSMICA (C):

Este factor se define de acuerdo a las características del lugar donde se edificará laEstructura y se interpreta como el factor de amplificación de la respuesta estructuralRespecto a la aceleración en el suelo. El cálculo de este factor para cada dirección deAnálisis se realiza de acuerdo a la siguiente expresión:

C=2.5x(Tp/T), C ≤ 2.50


Para nuestro caso Ct = 35 debido a que estamos trabajando con un sistema de pórticos.Luego:

T = 10.8/35 = 0.308Con este valor calculamos C:

C = 2.5x0.9/0.308 = 7.31Pero: C ≤ 2.50, por ello elegimos:C = 2.5

CATEGORÍA DE LA EDIFICACIÓN Y FACTOR DE USO (U):

De acuerdo a la categoría se le asigna un factor de uso. Este edificio por ser unCentro de estudios la cual no debe interrumpirse después de un sismo califica en la Categoría A, edificaciones especiales, y tendrá un factor de uso igual a 1.5.


cv

Según esta tabla, usaremos un factor de uso de U = 1.5

SISTEMA ESTRUCTURAL Y COEFICIENTE DE REDUCCIÓN SÍSMICA (R):

El sistema estructural de nuestra edificación en la dirección X e Y es un Sistema de pórticos, pues las fuerzas horizontales serán resistidas por estos.


Según esta tabla tendremos un valor de coeficiente de reducción R = 8 para un sistema de pórticos de concreto armado.

PESO DEL EDIFICIO:

LOSA VIGAS MUROS COLUMNA W total (Tn)1º PISO 146.16 105.12 45.194 72.576 369.052º PISO 146.16 105.12 45.194 72.576 369.053º PISO 146.16 105.12 41.76 72.576 365.616

1103.716

ANÁLISIS ESTÁTICO:

La fuerza cortante total en la base de la estructura, correspondiente a la dirección considerada, se determina por la siguiente expresión según la norma E.030:

H = Z.U.S.CxPRd

RESUMEN DE DATOS:

Z 0.3U 1.5Rd 8S 1.4C 2.5P 774


H =0.4*1.5*1.4*2.5*530.8

8

H = 139.34Tn

CALCULO CORTANTES:

PISOS PESO Hi Pi x hi %Pixhi/∑(Pixhi) F V3 145.64 8.65 1259.786 0.405 14.897 14.8972 207.76 5.85 1215.396 0.391 14.382 29.2791 207.76 3.05 633.668 0.204 7.503 36.782∑ 530.803 3108.85 1 36.782

Con el cálculo de las cortantes y de los pesos propios distribuidos de la estructura, procedemos a armar nuestros pórticos para su seguido análisis.

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