Diseo completo de un edificio de 3 plantas

Diseño completo de un edificio de 3 plantas Ricardo Herrera Mardones Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Chile Santiago, Chile Marzo de 2007 Elaboración, guión y locución a cargo del Dpto. de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile con coordinación del Ing. Ricardo Herrera

1. - Introducción – Edificio de uso habitacional. – Ubicado en una zona de sismicidad alta – Tres Pisos – Distribución regular de espacios requeridos – Requerimientos arquitectónicos • • Zonas libres Altura de piso PRESENTACIÓN DEL EJEMPLO

2. Estructuración ESTRUCTURACIÓN GENERAL Acción Estática Sistema Resistente Acción Sísmica

2. Estructuración • Losa de Hormigón en todos los pisos. • Columnas de acero de sección doble T – Criterios: • Cumplir con los requerimientos de arquitectura – Ubicación: • Cada 7 m en ambas direcciones SISTEMA RESISTENTE ESTÁTICO

2. Estructuración • Vigas de acero de sección doble T – Criterios: • Lograr un espesor de losa en los rangos convencionales. • Minimizar el uso de acero – Ubicación: • Ancho tributario de 3, 5 m para cada una de las vigas. SISTEMA RESISTENTE ESTÁTICO

2. Estructuración • Marcos perimetrales • 2 ejes resistentes en cada dirección • Vigas y columnas – Acero ASTM A 36 – Sección doble T SISTEMA RESISTENTE SISMICO

3. Cargas GENERAL - Peso propio Cargas Estáticas - Sobrecarga de uso Cargas Sísmicas

3. Cargas CARGAS ESTÁTICAS • Cargas estáticas – Peso Propio • Elementos Estructurales – Losa, vigas estáticas, vigas sísmicas, columnas estáticas, columnas sísmicas • Elementos no estructurales – Tabiques, terminaciones de piso, terminaciones de cielo, otros. – Sobrecarga de uso • Uso habitacional : 1961 [N/m^2]

CARGAS ESTÁTICAS 3. Cargas • Resumen de cargas estáticas (*) Carga Tipo Valor [N/m^2] Sobrecarga no reducida LL 1961 Peso de tabiques DL 490 Terminaciones de Piso DL 196 Terminaciones de Cielo (cielo falso) DL 196 Otros (ductos, iluminación, etc. ) DL 490 Peso de losa (*) DL 2942 Peso de vigas estáticas (*) DL 186 Total peso propio (**) DL 4501 * Dimensiones a definir más adelante ** No considera peso de elementos estructurales sísmicos pues ellos son incluidos directamente por el programa de modelación sísmica.

CARGAS SÍSMICAS 3. Cargas • Cargas sísmicas – Método elástico estático W 1 Q = Cs · W W 1 W 2 M·a Q 1 W 2 Q 1 + Q 2 = Q Movimiento del suelo Cortante basal

CARGAS SÍSMICAS 3. Cargas • Coeficiente sísmico: • Peso sísmico: • Considera cargas de peso propio y un 25% de la sobrecarga de uso • Corte sísmico basal: • Resumen de cargas sísmicas: Solicitaciones sísmicas Piso F [k. N] M [J] 3 780 3276 2 323 905 1 248 347

4. Diseño de elementos estáticos • Consideraciones generales: • Método LRFD de las especificaciones del AISC del 2005 • Uso de columnas y vigas de acero ASTM A 36 de sección doble T • Factor de reducción de sobrecarga por área tributaria: 0. 804 • Combinación de cargas: 1. 2 * Peso Propio + 1. 6 * Sobrecarga GENERAL

4. Diseño de elementos estáticos • Diseño de Losa – Modelo – Espesor requerido: – Espesor dispuesto: 12 cm (debido a problemas acústicos y de vibración) LOSA

4. Diseño de elementos estáticos VIGAS ESTÁTICAS • Diseño de vigas estáticas – Modelo ( ya incluye el peso propio del perfil ) – Esfuerzo último – Perfil elegido: W 16 x 31

4. Diseño de elementos estáticos – Cálculo de resistencia VIGAS ESTÁTICAS

4. Diseño de elementos estáticos – Cálculo de deformaciones VIGAS ESTÁTICAS

4. Diseño de elementos estáticos COLUMNAS ESTÁTICAS • Diseño de columnas estáticas – Modelo P incluye peso propio y sobrecarga sobre el área tributaria de cada columna – Esfuerzo último (incluye el peso propio de la columna) – Perfil elegido: W 8 x 28

4. Diseño de elementos estáticos – Cálculo de resistencia COLUMNAS ESTÁTICAS

4. Diseño de elementos estáticos COLUMNAS ESTÁTICAS

4. Diseño de elementos estáticos COLUMNAS ESTÁTICAS

5. Diseño de marco sísmico GENERAL • Consideraciones generales: • Método LRFD de las especificaciones del AISC del 2005, en conjunto con las disposiciones sísmicas del AISC del año 2005. • Uso de columnas y vigas de acero ASTM A 36 de sección doble T • Combinación de cargas: 1. 4 * (Peso Propio + Sobrecarga+Sismo) 1. 4 * (Peso Propio + Sobrecarga-Sismo)

5. Diseño de marco sísmico MODELO • Aspectos generales del modelo sísmico • Modelación en Sap 2000 • Solo se modelan los elementos sismo-resistentes • Las vigas estáticas son incluidas como peso propio • Las columnas estáticas son modeladas como una columna equivalente • Se considera un diafragma rígido por cada piso • Las fuerzas sísmicas son modeladas como cargas y momentos puntuales en el centro de gravedad de cada piso • Se considera el efecto P-D y P-d

5. Diseño de marco sísmico MODELO Columna estática equivalente Modelo sísmico Disposición de perfiles

5. Diseño de marco sísmico MODELO Cargas estáticas Cargas sísmicas

5. Diseño de marco sísmico Perfiles utilizados en el marco sísmico PERFILES

5. Diseño de marco sísmico ESFUERZOS Momento combinado Diagrama de momento marco sísmico para el sismo en dirección Y Carga axial combinada Diagrama de carga axial marco sísmico para el sismo en dirección Y

5. Diseño de marco sísmico RESISTENCIA DE VIGAS

5. Diseño de marco sísmico RESISTENCIA DE VIGAS

5. Diseño de marco sísmico RESISTENCIA DE VIGAS

5. Diseño de marco sísmico RESISTENCIA DE VIGAS

5. Diseño de marco sísmico RESISTENCIA DE VIGAS

5. Diseño de marco sísmico RESISTENCIA DE VIGAS

5. Diseño de marco sísmico RESISTENCIA DE COLUMNAS

5. Diseño de marco sísmico RESISTENCIA DE COLUMNAS

5. Diseño de marco sísmico RESISTENCIA DE COLUMNAS

5. Diseño de marco sísmico RESISTENCIA DE COLUMNAS

5. Diseño de marco sísmico RESISTENCIA DE COLUMNAS

5. Diseño de marco sísmico RESISTENCIA DE COLUMNAS

5. Diseño de marco sísmico RESISTENCIA DE COLUMNAS

5. Diseño de marco sísmico RESISTENCIA DE COLUMNAS

5. Diseño de marco sísmico DESPLAZAMIENTOS Desplazamientos de entre piso Punto de medición Centro de Gravedad Punto más alejado del centro de gravedad Piso Dx obtenido [mm] Dx admisible [mm] 1 4, 2 7, 0 3 6, 3 7, 0 1 3, 9 7, 7 2 6, 5 10, 5 3 5, 8 9, 8

5. Diseño de marco sísmico COLUMNA FUERTE VIGA DÉBIL

5. Diseño de marco sísmico VIGA FUERTE COLUMNA DÉBIL

5. RESULTADOS CUBICACIÓN Cubicación del acero utilizado Uso Perfil Largo [m] Cantidad Peso [N/m] Peso [N] Peso total [N/m^2] Columna sísmica W 33 x 118 10, 5 20 1722 361620 68, 3 Viga sísmica W 24 x 55 28 8 803 179872 34, 0 Viga estática W 16 x 31 728 6 452 1974336 373, 1 Columna estática W 8 x 28 10, 5 29 409 124541 23, 5 2640369 499 Totales

5. RESULTADOS ESQUEMAS

5. RESULTADOS ESQUEMAS