Análisis de Estructura Aporticada con ETABS

Transcripción

1 Análisis de Estructura Aporticada con ETABS La figura muestra la planta y las elevaciones de los pórticos de una estructura que requiere analizarse 4.30 x x.60 b.30 x x x x A B A B 3 PÓRTICOS EJES 1 y 4 (rebatido) PÓRTICOS EJES 2 y 3 b.25 x x.60 placa e= b PÓRTICO EJE A 1 a.25 x x.60 A B placa e=0.15 PLANTA TÍPICA PÓRTICO EJE B El edificio se construirá en la zona sísmica 3 (Z = 0.4). El perfil de suelo es de tipo S1 y por tanto S = 1.0 y T p = 0.4 s. Siendo el edificio relativamente bajo (con un período fundamental posiblemente menor que 0.4 s), el coeficiente de amplificación sísmica será C = 2.5. El edificio se destinará a oficinas (categoría C, U = 1.0). La estructura está constituida por pórticos de concreto armado con placas, pudiendo considerarse R=6. Para efectos del análisis sísmico, el peso total del edificio, P, debe calcularse como 100% de las cargas permanentes más 25% de la carga viva. Las losas serán aligeradas, de 25cm de espesor, con peso igual a 350 kg/m 2. A esto deben agregarse 120 kg/m 2 de acabados. Además, se supondrá una carga permanente de 300 kg/m en todas las vigas perimetrales. La tabiquería interior será móvil (considerada como adicional a la carga viva) de 100 kg/m 2. La carga viva de uso será de 250 kg/m 2, excepto en el techo, donde será 100 kg/m 2. Se empleará concreto con f c = 210 kg/cm 2, E = 15,000 f c y peso específico 2.4 t/m 3. 1.

2 Para iniciar el programa: 1. Haga doble click en el icono de ETABS en el escritorio o busque la carpeta donde se instaló el programa y haga click en etabs.exe. 2. En la lista desplegable de la esquina inferior derecha seleccione las unidades Ton-m ( C). 3. El programa tiene un conjunto de barras de herramientas, que no son indispensables pero simplifican la entrada de datos. Para activar o desactivar algunas de estas barras de herramientas coloque el ratón sobre el área gris en la parte superior de la pantalla y haga click con el botón derecho del ratón. Ejes de Referencia 4. Menú FILE New Model (o botón New Model en la barra de herramientas) 5. En el formulario New Model Initialization indique Default EDB 6. En el formulario Building Plan Grid System and Story Data Definition hay cuatro cuadros. En el cuadro Units (hacia la derecha, al centro) debe mostrarse Ton-m. Hacia la izquierda se encuentra Grid Dimensions (Plan). En ese cuadro: Estando marcado el botón Uniform Grid Spacing: Number Lines in X Direction = 2 Number Lines in Y Direction = 4 Spacing in X Direction = distancia entre ejes longitudinales Spacing in Y Direction = distancia entre ejes transversales Marque Custom Grid Spacing Con el botón Grid Labels puede modificar los nombres de los ejes: Escriba A en la casilla Beginning X ID. No modifique la marca en Label Left to Right Escriba 1 en Beginning Y ID. No modifique la marca en Bottom to Top Haga click en Edit Grid No se requieren cambios. Experimente marcando la opción Display Grid as Spacing. Modifique Bubble Size a 1 Hacia la derecha se encuentra el cuadro Story Dimensions. Verifique que esté marcado Simple Story Data y luego: Number of Stories = 4 Typical Story Height = Bottom Story Height = 3.50 Marque la opción Custom Story Data y haga click en Edit Story Data. En el cuadro Story Data: Modifique la columna Label, cambiando los nombres STORY1 y similares por N1 y similares. Modifique la columna Master Story, escogiendo Yes para N1 y No para el resto. En la columna Similar To escoja N1 para los niveles N4, N3 y N2. En el cuadro Add Structural Objects haga click sobre la figura Grid Only. Cierre el formulario Building Plan haciendo click en OK Se abren dos ventanas, una con una vista tridimensional y otra plana. En la vista tridimensional se observa un rectángulo de color cyan que indica lo que se está mostrando en la vista plana. Para activar o poner en foco una ventana haga click en cualquier lugar de la ventana. Use los botones con una flecha hacia arriba o hacia abajo, para cambiar la vista. También puede usar los botones 3-d, plan o elev para presentar una vista tridimensional, una planta o la elevación en un eje. Para cambiar el número de ventanas puede usar el menú OPTIONS Windows. 7. Menú File Save As... Seleccione la carpeta donde guardará su trabajo. Escriba el nombre del trabajo (sin extensión) y haga click en Guardar. El programa graba un archivo binario con extensión EDB (Etabs Data Base) 2.

3 en el que se guarda toda la información. Para grabar un archivo de texto, use el menú FILE y luego Export Save Model as Etabs.e2k Text File. Materiales 8. Menú DEFINE Material Properties. En la lista Materials hay 3 materiales predefinidos: un concreto de f c = 4 ksi (CONC), un acero con f y = 50 ó 36 Ksi (STEEL) y una copia de este último (OTHER). Se pueden modificar las características de estos materiales o agregar otros. 9. En el cuadro Define Materials marque CONC y luego haga click en Modify/Show Material. 10. En el cuadro Material Property Data puede modificar el nombre a C210 (sólo en versión 9) y el color asignado al material (haga click sobre el rectángulo de color cyan y luego escoja un gris claro). 11. Luego indique en el cuadro Analysis Property Data (todas las unidades son toneladas y metros): Mass per unit Volume = Weight per unit Volume = 2.40 Modulus of Elasticity = 2E6 Poisson s ratio = 0.20 Coeff of thermal expansion = 1E En el cuadro Design Property Data: Specified Conc Comp Strength = 2100 Bending Reinf Yield Stress = Shear Reinf Yield Stress = Nuevamente OK para cerrar el cuadro Define Materials y luego haga click en el botón Guardar (el que tiene dibujado un diskette). Secciones de Elementos Lineales 14. Menú DEFINE Frame Sections. Aunque no es indispensable, es conveniente borrar las secciones (menos una) que aparecen en el cuadro Properties. Selecciónelas con el botón izquierdo del ratón y bórrelas haciendo click en Delete Property. 15. En la segunda lista desplegable del cuadro Define Frame Sections escoja Add Rectangular: 16. En el cuadro Rectangular Section: Modifique el nombre de la sección a V25x60 Despliegue la lista de materiales y seleccione C210 (esto es muy importante). Depth = 0.60 Width = 0.25 Haga click en Reinforcement. Escoja la opción Beam. Mantenga los recubrimientos OK (regresa al cuadro Define Frame Sections) 17. Agregue en forma similar la sección rectangular V30x En la segunda lista desplegable escoja nuevamente Add Rectangular: 19. En el cuadro Rectangular Section: Modifique el nombre de la sección a C30x60 Despliegue la lista de materiales y seleccione C210. Depth = 0.60 Width = 0.30 Haga click en Reinforcement. Escoja Column. Cover to rebar center En el cuadro Check/Design debe estar seleccionada la opción Reinforcement to be Designed. No es necesario en este caso modificar Bar Size y Corner Bar Size. OK (regresa al cuadro Define Frame Sections) 3.

4 20. Repita para definir la sección P30x150. En la segunda lista desplegable escoja nuevamente Add Rectangular: 21. En el cuadro Rectangular Section: Modifique el nombre de la sección a P30x150 Despliegue la lista de materiales y seleccione C210. Depth = 1.50 Width = 0.30 Haga click en Reinforcement. Escoja Column. Cover to rebar center OK (regresa al cuadro Define Frame Sections) 22. Al terminar con todas las secciones requeridas, vuelva a hacer OK para cerrar el cuadro Define Frame Sections. 23. Haga click en el botón Guardar (el que tiene dibujado un diskette). Secciones de Elementos de Area 24. Menú DEFINE Wall / Slab / Deck Sections 25. En la ventana Define Wall / Slab / Deck Sections borrar SLAB1 y PLANK1 con el botón Delete Section. 26. Seleccione WALL1 y haga click en Modify/Show Section En el cuadro Wall/Slab Section: Modifique el nombre a P15 En la lista desplegable escoja el material C210. Ingrese el espesor 0.15, tanto en el cuadro Membrane como en Bending. En el cuadro Type debe indicarse Shell Seleccione DECK1 y haga click en Modify/Show Section En el cuadro Wall/Slab Section: Modifique el nombre a A25 Marque la opción Filled Deck. En la lista desplegable escoja el material C210. Slab Depth (tc) = 0.05 Deck Depth (hr) = 0.20 Rib Width (wr) = 0.10 Rib Spacing (Sr) =0.40 Unit Weight/Area = Esto es el peso de los ladrillos del aligerado. Ignore el cuadro Composite Deck Studs (regresa a la ventana Define Wall / Slab / Deck Sections) 28. OK para cerrar la ventana Wall/Slab/Deck Sections 29. Haga click en el botón Guardar (el que tiene dibujado un diskette). Dibujo de Elementos Lineales 30. Ponga en foco la ventana Plan View. En la parte inferior derecha, despliegue la lista donde se indica el modo One Story, cambiándolo por Similar Stories. Al dibujar un elemento en cualquiera de los cuatro niveles, se tendrán también los correspondientes elementos en los otros niveles declarados como similares. 31. Haga click en el botón Create Columns in Region or at Clicks (un perfil W de color celeste con punto rojo al centro) o bien menú DRAW - Draw Line Objects - Create Columns in Region or at Clicks. 32. En la ventana Properties of Objects escoja la sección C30x60 y escriba en la casilla Plan Offset X. Luego haga click en las posiciones A2, A3 y A4. 4.

5 33. Modifique la casilla Plan Offset X a en y luego haga clic en B1, B2 y B En la ventana Properties of Objects escoja la sección P30x150 y escriba en la casilla Plan Offset X. Luego haga click en A Modifique la casilla Plan Offset X a en y luego haga clic en B4. Si fueran necesarias algunas modificaciones puede emplearse el botón Undo (deshacer). 36. Cambie la modalidad de dibujo haciendo click en el botón Create Lines in Region or at Clicks (botón sobre el anteriormente usado) o use el menú DRAW - Draw Line Objects - Create Lines in Region or at Clicks. 37. Escoja la sección V25x60 y haga click sobre las líneas de retícula en los ejes A y B (un total de 6 veces). 38. Cambie la sección a V30x60 y haga click en las vigas de los ejes 1 a 4 (un total de 4 veces). 39. Salga de esta modalidad de dibujo con la tecla Esc o haciendo clic en el botón Select Object (flecha celeste sobre campo gris). Haga click en el botón Guardar (el que tiene dibujado un diskette). Agregando Muros 40. Verifique que esté en foco la ventana Plan View y en modo Similar Stories 41. Haga click en el botón Create Walls in Region or at Clicks (barra horizontal celeste con punto rojo al centro) o use el menú DRAW - Draw Area Objects - Create Walls in Region or at Clicks. 42. En la ventana Properties of Objects Seleccione P Haga click en el eje A, entre los ejes 2 y 3, y en el eje B, entre los ejes 1 y Presione la tecla ESC. 45. Seleccione cada uno de los elementos de muro recientemente agregados. Puede hacerse con menú SELECT - by Area Object Type - Wall - OK. La selección se evidencia por rectángulos con líneas segmentadas. 46. Menú EDIT - Mesh Areas 47. En el cuadro Mesh Selected Areas: Mesh Quads/Triangles into 6 by 3 OK 48. Seleccione todo con el botón ALL 49. Menú EDIT - Divide Lines 50. En el cuadro Divide Selected Lines, marque la opción Break at intersections with selected Lines and Points - OK. Las vigas y columnas quedarán divididas en forma consistente con los muros. 51. Ponga en foco la ventana con la vista 3D y haga click en el botón Set Building View Options (cuadrado celeste con un check). 52. En la ventana Set Building View Options: En el cuadro View by Colors of marque Materials En el cuadro Special Effects marque Extrusion. 53. Haga click en el botón Guardar (el que tiene dibujado un diskette). Agregando Losas 54. Pongo nuevamente en foco la ventana Plan View. Verifique que esté en modo Similar Stories. Haga click en el botón Create Areas at Clicks (un cuadro celeste con punto rojo al centro) o bien menú DRAW - Draw Area Objects - Create Areas at Clicks. 55. En la ventana Properties of Objects seleccione A25 e indique 90 en la casilla Local Axis 56. Haga click en los 3 paños de losa, entre ejes A y B. 57. Salga de esta modalidad de dibujo con la tecla ESC. 5.

6 58. Ponga en foco la ventana con la vista 3D y haga click en el botón para refrescar la ventana (un lápiz amarillo sobre fondo gris). 59. Haga click en el botón Guardar (el que tiene dibujado un diskette). Apoyos 60. Ponga en foco la ventana con la vista en planta y haga click en el botón flecha hacia abajo, hasta mostrar el plano Z = En la lista desplegable que se encuentra hacia la derecha abajo, escoja la opción One Story 62. Seleccione todos los nudos del plano con una ventana extendible. En la esquina inferior izquierda de la pantalla debe decir 22 Points selected 63. Haga click en el botón Assign Restraints (Supports) o menú ASSIGN - Joint - Restraints. Se abre el cuadro Joint Restraints. 64. En el cuadro Joint Restraints : Marque las casillas correspondientes a los seis grados de libertad. Lo mismo se consigue más fácilmente haciendo click sobre el botón que muestra un empotramiento.. Diafragmas y Brazos Rígidos 65. Seleccione todos los elementos haciendo click en el botón All. 66. Menú ASSIGN Frame/Line End (Line) Offsets. 67. En el cuadro Frame End Length Offsets mantenga la marca en Automatic from Connectivity y escriba 0.7 en la casilla Rigid-zone factor. OK 68. Ponga en foco una ventana con vista en planta y haga click en los botones con flecha hacia arriba o hacia abajo, a fin de mostrar la losa del primer nivel (Z=3. 5). También puede usar el botón Plan. Asegúrese que en la lista desplegable de la esquina inferior derecha se ha seleccionado la opción One Story. 69. Con una ventana extendible de izquierda a derecha, seleccione todos los nudos del primer nivel. 70. En el menú ASSIGN escoja Joint/Point Rigid Diaphragm. 71. En el cuadro Assign Diaphragm asegúrese que está seleccionado D1 y haga click en OK. 72. Con la flecha hacia arriba, desplace la vista plana al segundo nivel. 73. Seleccione tdos los nudos del segundo nivel y repita ASSIGN Joint/Point Rigid Diaphragm. 74. En la casilla blanca de la esquina superior izquierda escriba D2 y haga click en Add New Diaphragm y luego en OK. 75. Repita los pasos anteriores, agregando los diafragmas D3 y D4 para los niveles 3 y 4, respectivamente. 76. Haga click en el botón Guardar (el que tiene dibujado un diskette). Declaración de Sistemas de Carga Estáticos 77. Menú DEFINE Static Load Cases 78. En el cuadro Define Static Load Cases: Seleccione DEAD y cámbielo por D. Mantenga el tipo DEAD y 1 en Self Weight Multiplier Haga click en Modify Load Seleccione LIVE y cámbielo por L1. Mantenga el tipo LIVE y 0 en Self Weight Multiplier Haga click en Modify Load 6.

7 Escriba L2 en lugar de L1 Haga click en Add new Load Escriba SX en lugar de L3 En la lista desplegable de la segunda columna escoja QUAKE. En la cuarta columna escoja User Coefficient Haga click en Add new Load Haga click en Modify Lateral Load y en el cuadro User Defined Seismic Loading introduzca el valor de ZUCS/R = en la casilla Base Shear Coefficient. OK Escriba SY en lugar de SX Haga click en Add new Load Haga click en Modify Lateral Load y en el cuadro User Defined Seismic Loading marque Y Dir en lugar de X Dir. OK. 79. Haga click en el botón Guardar (el que tiene dibujado un diskette). Para considerar excentricidades accidentales escoja la opción X Dir + Eccen Y para el sistema de cargas SX1 y la opción X Dir - Eccen Y para el sistema SX2. Más adelante defina SX como la envolvente de SX1 y SX2. Proceda en forma análoga para la componente de sismo en dirección Y. 80. Menú DEFINE - Mass Source. 81. En la ventana Define Mass Source Marque From Loads Haga click en el botón ADD Despliegue la lista Load y escoja L1 A la derecha escriba 0.25 Haga click en el botón Add. Cambie L1 por L2 y nuevamente Add. Combinaciones 82. Menú DEFINE Combinations 83. En el cuadro Define Response Combinations, Click en Add New Combo 84. En el cuadro Response Combination Data: 85. Click en Add New Combo (COMB1) y en el cuadro Load Combination Data: Despliegue la lista Combination Type y Seleccione Add. Despliegue la lista Case Name y escoger D. En la casilla Scale Factor escriba 1.5. Add. Despliegue la lista Case Name y escoger L1. En la casilla Scale Factor escriba 1.7. Add. 86. Repita definiendo las restantes combinaciones: COMB2 = 1.4 D L2 COMB3 = 1.4 D (L1 + L2) COMB4 = 1.25 (D + L1 + L2) + SX COMB5 = 1.25 (D + L1 + L2) - SX COMB6 = 1.25 (D + L1 + L2) + SY COMB7 = 1.25 (D + L1 + L2) - SY COMB8 = 0.9 D + SX COMB9 = 0.9 D + SX COMB10 = 0.9 D + SY 7.

8 COMB11 = 0.9 D - SY 87. Finalmente, Add New Combo y en el cuadro Response Combination Data: Combination Name: E Despliegue la lista Load Combination Type y seleccione Envelope Despliegue la lista Case Name y escoger COMB1. En la casilla Scale Factor escriba 1. Add. Repita para agregar COMB2 hasta COMB11, siempre con factor Termine la definición de combinaciones haciendo OK y haga click en el botón Guardar. Cargas Verticales 89. Menú Select - By Area Object Type - Floor - OK 90. Haga click en el botón Assign Uniform Load o menú ASSIGN - Shell/Area Loads - Uniform. Asegúrese que se indica D en la casilla Load Case Name. En la ventana Uniform Surface Loads escriba 0.12 en la casilla Loads. OK 91. Verifique que esté en foco la ventana donde se muestra una vista en planta y con los botones de flechas desplácese al nivel 1 (puede usarse el botón Plan View ). Escoja la opción One Story en la lista desplegable en la parte inferior derecha de la pantalla. 92. Seleccione los tres paños de losa. 93. Con las flechas desplácese al nivel 3 y seleccione nuevamente los tres paños de losa 94. Haga click en el botón Assign Uniform Load o menú ASSIGN - Shell/Area Loads - Uniform. Escoja el estado de cargas L1 en la casilla Load Case Name. En la ventana Uniform Surface Loads escriba 0.35 en la casilla Loads. OK 95. Con los botones de flechas desplácese al nivel 2 y seleccione los tres paños de losa. 96. Haga click en el botón Assign Uniform Load o menú ASSIGN - Shell/Area Loads - Uniform. Escoja el estado de cargas L2 en la casilla Load Case Name. En la ventana Uniform Surface Loads escriba 0.35 en la casilla Loads. OK 97. Nuevamente, con los botones de flechas desplácese al nivel 4 y seleccione los tres paños de losa. 98. Haga click en el botón Assign Uniform Load o menú ASSIGN - Shell/Area Loads - Uniform. Escoja el estado de cargas L2 en la casilla Load Case Name. En la ventana Uniform Surface Loads escriba 0.10 en la casilla Loads. OK 99. Usando los botones de flechas, desplace la vista al nivel 1 y seleccione las vigas perimetrales (haciendo click sobre ellas) excepto donde hay placas de 15cm. Luego deplace la vista a los niveles 2 y 3 y seleccione igualmente las vigas perimetrales Haga click en el botón Assign Frame Distributed Loading (tiene el dibujo de una viga con cargas) o bien menú ASSIGN Frame/Line Loads Distributed En el cuadro Frame Distributed Loads: Asegúrese que se indica D en la casilla Load Case Name. Escoger Gravity en la lista desplegable para Direction. En la casilla Unit Load ingresar 0.30, con lo que se cierra el cuadro y se borra la selección Haga click en el botón Guardar. Análisis 103. Botón Run (es similar a la tecla Play de una grabadora). Alternativamente F5 o menú ANALIZE - Run 8.

9 Al finalizar se muestra la deformada para el sistema de cargas D. Use los botones con flechas en la parte inferior derecha para mostrar otros casos. Tablas de Datos y de Resultados, Gráficas Para ver el modelo 3D mostrando las formas de los elementos, haga click en el botón 3D y luego en el botón Set Building View Options. En el cuadro Special Effects marque la opción Extrusions. Las gráficas pueden imprimirse directamente. Sin embargo, es mejor preparar un archivo gráfico en formato jpg. Con tal fin, use el menú FILE - Capture Picture - Current Window w/o Title Bar - Indicar nombre y carpeta -OK. Se recomienda cambiar antes los colores, con el menú OPTIONS Colors Display. Puede observar las cargas calculadas por el programa con el menú DISPLAY Show Loads Frame/Line. Marque la opción All Loading that is Tributary (esta opción sólo se activa después de procesar). Pueden prepararse tablas de datos o de resultados, con el menú DISPLAY - Show Tables. Marque los resultados que se requieren. A la derecha, haga click en Select Cases/Combos y seleccione los casos para los que se listarán resultados. La información en las tablas que presenta Etabs puede exportarse a Excel vía el portapapeles: Edit Copy Entire Table. La deformada correspondiente a un sistema de carga o combinación de cargas se muestra haciendo click en el botón Display Static Deformed Shape (un pórtico con desplazamiento lateral). Alternativa: menú DISPLAY Show Deformed Shape. Para ver diagramas de momentos o cortes, muestre el pórtico en la ventana activa: use el bóton Elev e indique el eje para el que requiere resultados. Luego botón Show Forces Frames/Cables (pórtico con diagrama de momentos flectores). Alternativa: menú DISPLAY Show Forces/Stresses - Frames/Cables. Haga click con el botón derecho sobre cualquier elemento. Para imprimir resultados use el menú FILE Print Tables - Analysis Results. También puede usar el menú DISPLAY - Output Tables. Diseño 104. Menú OPTIONS Preferences Concrete Frame Design Verifique que se usará ACI-318 (1999) - OK 105. Menú DESIGN Concrete Frame Design Select Design Combo 106. En el cuadro Design Load Combinations Selection, con las teclas Add y Remove coloque en el cuadro Design Combos sólo la combinación E si se van a diseñar vigas o las combinaciones COMB1 a COMB11 (pero no la E) si se van a diseñar columnas Menú DESIGN Concrete Frame Design - Start Design/Check 108. Cambie unidades a Ton-cm. Refrescar las ventanas Haga click sobre una viga con el botón derecho del ratón Observar tabla que indica el refuerzo para cada combinación y sección Seleccione una combinación para una sección - Haga click en el botón Details Después de observar los resultados, cierre el cuadro haciendo click en la esquina superior derecha Haga click sobre una columna con el botón derecho del ratón Observe la tabla Haga click en Flex. Details Cierre la ventana. Alternativa para Análisis Sísmico por Superposición Modal Espectral 113. Al declarar los casos de carga, no incluya SX y SY 114. Menú DEFINE Response Spectrum Functions 115. En el cuadro Define Response Spectrum Functions, escoja Add User Spectrum. En el nuevo cuadro: Indique E030R6 (o cualquier otro nombre) en Function Name. 9.

10 Escriba en Time y Value los pares de valores que definen el espectro de seudo aceleraciones. Después de ingresar cada par de valores haga click en Add: El espectro debe darse en m/s 2. Sin embargo, podrían ingresarse aquí los valores en g s indicándose más adelante un factor de escala Menú DEFINE Response Spectrum Cases 117. En el cuadro Define Response Spectrum haga click en el botón Add New Spectra. En el cuadro Response Spectrum Case Data: Escriba SX en Spectrum Case Name Observe que esté seleccionada la opción de combinación CQC y escriba 0.05 en la casilla Damping Despliegue la lista en el cuadro U1 y seleccione E030R6 Ingrese 1 (u otro factor, según sea necesario) en la casilla Scale Factor 118. Presione nuevamente el botón Add New Spectra En el cuadro Response Spectrum Case Data: Escriba SY en Spectrum Case Name Despliegue la lista en el cuadro U1 y seleccione el espacio en blanco Despliegue la lista en el cuadro U2 y seleccione E030R6 Ingrese 1 (u otro factor, según sea necesario) en la casilla Scale Factor Mantenga los otros datos OK y nuevamente OK para cerrar el cuadro 120. Haga click en el botón Guardar (el que tiene dibujado un diskette) Menú ANALIZE Set Analysis Options. Marque la opción Dynamic Analysis y haga click en Set Dynamic Parameters Indique el número de modos y luego haga OK y OK. Las combinaciones pueden reducirse a 7, ya que el programa le asigna en este caso el doble signo ± a los resultados de SX y SY. 10.