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Diseño de un edificio desde modelamiento sismico hasta diseño en CA
Tipo: Ejercicios
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Este proyecto práctico consiste en un edificio de muros de un centro educativo con un área techada aproximada rectangular de 875 m2 por piso. Para el análisis estructural, sísmico y su diseño se simplificarán algunas cuestiones del modelo. Dado que este trabajo tiene fines educativos, su simplificación considerará elementos con dimensiones repetitivas o hasta únicas sin variaciones por nivel.
Para el análisis estructural y sísmico de un edificio de muros, se utilizará los conceptos y requerimientos de la Norma E.030. En el presente informe, se realizará el análisis sísmico de un edificio con las siguientes características:
Las cargas a considerar en el presente proyecto son las siguientes:
Para el edificio en análisis, el procedimiento de modelamiento consiste en definir el material de concreto f’c=210kg/cm^2 y f’c=280kg/cm^2 , los elementos frame que son de dos tipos (viga y columna), elemento slab para losa de tipo membrane en donde el caso para losa aligerada se debe incluir dirección y elemento de tipo Wall para las placas de tipo Shell-Thin.
Debido a que el edificio se encuentra en Lima sobre un suelo S2. Se Consideran los siguientes parámetros sísmicos indicados en la Norma E.030. Es importante mencionar que se asume que el edificio tiene un sistema de muros, por lo que R en las direcciones X e Y tiene el valor de 6. Además, debido a su forma rectangular, no cabe en ninguna irregular en primera revisión, a excepción de las irregularidades de torsión y piso blando, las cuales se verificarán luego. Z 0. U 1. S 1. Tp 0. Tl 2. Asimismo, es necesario crear distintos casos de Mass Source para la realización del análisis de torsión por excentricidad accidental, considerando un desfase de la masa del 5% en ambos ejes, tanto de forma positiva como negativa como lo indica la norma. Es importante mencionar que debido a que es una edificación del tipo educativa se considerará la carga muerta mas el 50% de la carga viva. Además, para realizar un análisis modal correcto, es necesario crear distintos Load Cases, para ello es necesario crear casos con análisis no lineal estático.
Inicialmente se consideró un sistema estructural de muro R=6, por lo que habrá que hacer su verificación analizando la cortante que se llevan las placas. El software nos puede proporcionar con los casos de sismo creados las fuerzas cortantes que se llevarán las placas y todo el sistema en general. De ello se puede observar que tanto para la dirección del sismo en X y en Y, las placas toman mas del 70% de la fuerza cortante, por lo tanto se verifica que es un sistema de muros. SXX+ 88% SXX- 88% SYY+ 97% SYY- 96%
Ahora, se verificarán la exigencia de la norma con respecto a las derivas de entrepiso, para ello es necesario crear caso de Load Case considerando un factor de ZUS(g) multiplicado por 0.75, dado que la estructura es preliminarmente regular. Se observa que las derivas no superan la deriva límite de 0.007 que exige la Norma E. en la dirección X y en la dirección Y, siendo estas 0.006212 y 0.006112 en la dirección X y de 0.002674 y 0.002889 en la dirección Y. Asimismo, se observa que los desplazamientos máximos en la dirección X son 0.217838 m y 0. 215999 m, mientras que en la dirección Y son 0.096852 m y 0.105129 m, tal como se muestra a continuación.
El software nos permite obtener directamente el ratio de torsión entre en desplazamiento máximo y el promedio de cada nivel. En el presente caso, no se tiene irregularidad por torsión (ni torsión extrema) en las direcciones X e Y, puesto que en todos los niveles se tienen valores muy por debajo a 1.3, esto debido a su forma rectangular regular y el sistema de muros.
Finalmente, con los factores obtenidos, escalamos el sismo de diseño y escalamos las combinaciones de carga mencionadas en la Norma E.020. TABLE: Story Forces Story Output Case Case Type Step Type Location P VX VY T MX MY Story1 SXX+ LinRespSpec Max Bottom 0 1766.7791 25.245 18038.6963 785.6259 51549. Story1 SXX- LinRespSpec Max Bottom 0 1769.5744 28.9927 14467.2261 897.5273 51639. Story1 SYY+ LinRespSpec Max Bottom 0 37.9627 2555.1073 69106.1742 76354.4109 1023. Story1 SYY- LinRespSpec Max Bottom 0 18.3382 2521.7427 48416.2212 75355.5959 439. EXC SENTIDO C V EST V DIN V MIN 90% V EST V DISEÑO FACTO MY+ X 1.71 2371 1767 916 2134 2134 1. MY- X 1.71 2371 1770 916 2134 2134 1. MX+ Y 2.5 3470 2555 916 3123 3123 1. MX- Y 2.5 3470 2522 916 3123 3123 1.
- COMBO P M2 M - 1.4CM+1.7CV 2730.54391 -6.82954 371. Se aprecia que para ambas direcciones de sismo se cumple con el diseño por flexocompresión, puesto que se encuentran dentro del diagrama de interacción.
Según la norma se aplica el diseño de corte por capacidad aplica a la mayor entre en los dos primeros pisos, la altura equivalente a la altura del muro o Mu/4Vu. En este caso consideraremos el caso de sismo en Y. Por lo tanto, se realizará el diseño por capacidad hasta una altura de 7.85 m o los 3 primeros niveles. Luego se obtiene el Vu por capacidad, para ello se tiene que multiplicar al cortante actuante por la relación entre en momento nominal y el momento actuante, finalmente, se tiene aproximadamente un valor de Vu por capacidad de 660.76 ton., y se seguiría en el mismo caso con las cuantías mínimas de 0.0025 horizontales y verticales. ∅𝑉𝑠 =
− Vc ∅𝑉𝑛𝑚𝑎𝑥 = 0.8 ∗ 2.63 ∗ √ 280 ∗ d ∗ t = 939.67 ton Vs=660.76/0.85-210.69=567.2 ton 𝐴𝑠ℎ = 𝑠. 𝑉𝑠/𝑓𝑦. 𝑑 Ash=0.25567.2/(420006.28)=5.38 cm Observamos que este requerimiento es menor a la cuantía mínima, por lo que lo asumido inicialmente es correcto, quedando el siguiente diseño
Para realizar la sectorización de la planta se ha pensado dividir siguiendo las recomendaciones de la Norma para elementos horizontales, la cual menciona que para elementos horizontales, las juntas de vaciado deben realizarse en el tercio central del elemento, en donde estos se encuentren sometidos a bajos esfuerzos. Asimismo, esto garantiza que las juntas se encuentren lejos de los encuentros de vigas con elementos verticales. De los planos podemos observar que las placas que soportaran el sismo en la dirección Y se encuentran en los extremos laterales de la edificación, por lo que es vital que trabajen tal como se ha contemplado en el diseño (monolíticas y sin juntas). Asimismo, se observa que en los extremos de la edificación se encuentran los baños, por lo que es muy probable esperar gran congestión de tuberías y estas debiliten las losas de realizarse por esas zonas las juntas, es por ello que se ha propuesto la división del área en 3 sectores (de 298.8, 282.1 y 294.2 m2) con juntas de vaciado en la dirección Y, así de esta forma, lograremos monolitismo en las uniones de vigas con placas, tendremos monolitismo en las zonas de