3. ESTRUCTURAS. Se realiza un cálculo lineal de primer orden, admitiéndose localmente plastificaciones de acuerdo a lo indicado en la norma.
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- Joaquín Padilla Rojas
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1 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). sándwich. El cerramiento tanto en cubiertas como en laterales se realizará con paneles 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. Begoña Ríos Collantes de Terán Pág. 14
2 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 Begoña Ríos Collantes de Terán Pág. 15
3 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: Begoña Ríos Collantes de Terán Pág. 16
4 1 - Hipótesis nieve NTE Aceros en perfiles: Tipo acero Acero Lim. Elástico MPa Módulo de elasticidad GPa Aceros Conformados A Datos de pórticos Pórtico Tipo Geometría Tipo interior 1 Dos aguas Luz izquierda: m. Luz derecha: m. Alero izquierdo: m. Alero derecho: m. Altura cumbrera: m. Celosía americana Datos de correas de cubierta Parámetros de cálculo Límite flecha: L / 250 Número de vanos: Tres o más vanos Tipo de fijación: Fijación rígida Descripción de correas Tipo de perfil: ZF-200x2.0 Separación: 2.50 m. Tipo de Acero: A37 Comprobación El perfil seleccionado cumple todas las comprobaciones. Porcentajes de aprovechamiento: - Tensión: % - Flecha: % Begoña Ríos Collantes de Terán Pág. 17
5 Datos de correas laterales Parámetros de cálculo Descripción de correas Límite flecha: L / 250 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: % - Flecha: % Medición de correas Tipo de correas Nº de correaspeso lineal Kg/m Peso superficial KN/m2 Correas de cubierta Correas laterales Datos de la estructura A.2: Separación entre pórticos: 4.94 m. Número de Pórticos: 7 Begoña Ríos Collantes de Terán Pág. 18
6 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 Begoña Ríos Collantes de Terán Pág. 19
7 Aceros en perfiles Tipo acero Acero Lim. elástico MPa Módulo de elasticidad GPa Aceros Conformados A Datos de pórticos Pórtico Tipo exterior Geometría Tipo interior 1 Dos aguas Luz izquierda: m. Luz derecha: m. Alero izquierdo: m. Alero derecho: m. Altura cumbrera: m. Celosía americana Datos de correas de cubierta Parámetros de cálculo Límite flecha: L / 250 Número de vanos: Tres o más vanos Tipo de fijación: Fijación rígida Descripción de correas Tipo de perfil: ZF-200x2.0 Separación: 2.50 m. Tipo de Acero: A37 Comprobación El perfil seleccionado cumple todas las comprobaciones. Porcentajes de aprovechamiento: - Tensión: % - Flecha: % Medición de correas Tipo de correas Nº de correas Peso lineal Kg/mPeso superficial KN/m2 Correas de cubierta Begoña Ríos Collantes de Terán Pág. 20
8 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) Begoña Ríos Collantes de Terán Pág. 21
9 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 A Datos de pórticos Pórtico Tipo exterior Geometría Tipo interior 1 Un agua Luz total: 7.90 m. Alero izquierdo: 5.00 m. Alero derecho: 5.00 m. Pórtico rígido Begoña Ríos Collantes de Terán Pág. 22
10 2 Dos aguas Luz izquierda: 8.75 m. Luz derecha: 8.75 m. Alero izquierdo: m. Alero derecho: m. Altura cumbrera: m. Pórtico rígido Datos de correas de cubierta Parámetros de cálculo Límite flecha: L / 250 Número de vanos: Tres o más vanos Tipo de fijación: Fijación rígida Descripción de correas Tipo de perfil: ZF-200x2.0 Separación: 2.40 m. Tipo de Acero: A37 Comprobación El perfil seleccionado cumple todas las comprobaciones. Porcentajes de aprovechamiento: - Tensión: % - Flecha: % Datos de correas laterales Parámetros de cálculo Límite flecha: L / 250 Número de vanos: Tres o más vanos Tipo de fijación: Fijación rígida Descripción de correas Tipo de perfil: CF-160x2.0 Separación: 3.00 m. Tipo de Acero: A37 Comprobación El perfil seleccionado cumple todas las comprobaciones. Porcentajes de aprovechamiento: - Tensión: % - Flecha: % Medición de correas Tipo de correas Nº de correaspeso lineal Kg/m Peso superficial KN/m2 Correas de cubierta Correas laterales Begoña Ríos Collantes de Terán Pág. 23
11 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. Begoña Ríos Collantes de Terán Pág. 24
12 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: estructura A2. Las Hipótesis de carga serán 7 para la estructura A1 y B, y 5 para la 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 Begoña Ríos Collantes de Terán Pág. 25
13 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: contraria. Igual que el anterior pero suponiendo que el viento sopla en dirección 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 Begoña Ríos Collantes de Terán Pág. 26
14 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 Begoña Ríos Collantes de Terán Pág. 27
15 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: contraria. Igual al anterior pero suponiendo que el viento sopla en dirección 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. Begoña Ríos Collantes de Terán Pág. 28
16 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: contraria. Igual que el anterior pero suponiendo que el viento sopla en dirección 4. Sobrecarga de uso: Begoña Ríos Collantes de Terán Pág. 29
17 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. L/250. La flecha máxima admisible para vigas se establece, según la norma, en Los resultados obtenidos se muestran en los planos de estructuras. Begoña Ríos Collantes de Terán Pág. 30
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