ANALISIS ESTRUCTURAL Y DISEÑO DE UN EDIFICIO DE CUATRO PISOS DE ALBAÑILERIA CONFINADA 1.1 DATOS GENERALES DEL PROYECTO Ubicación: N° de pisos: 04 Uso: vivienda Sistema estructural: albañileria confinada Distribucion arquitectónica: un departamento por piso, con un área techada por piso de Peso de la albañilería: 1,800 kg/m3 Albañilería(f´m): f´m = 65 kg/cm 2 = 650 ton/m 2 Mortero: 1:4 cemento: arena Concreto: f´c = 175 kg/cm2 Acero: fy = 4200 kg/cm2 = 4.2 ton/cm2 Resistencia del terreno: σt = 2.5 kg/cm2 1.2 PARAMETROS PARA EVALUAR LA FUERZA CORTANTE EN LA BASE Z = 0.30 C = 2.50 R = 6 U = 1.0 S = 1.20 K = 0.20 1.3 ESTRUCTURACION La estructuración del edificio tiene las siguientes características: a) Existe una densidad de muros más o menos aceptable en ambas direcciones. b) Losa aligerada armada en una dirección (la luz mas corta) de 17 cm de espesor; ya que tenemos luces menores a 4 m. c) Losa maciza de e = 17 cm en la zona de la escalera, debido al trafico que va a tener. d) Existe simetría del edificio con respecto al eje “y”, pero con respecto al eje “X” no es tan simétrico, motivo por el cual se ha considerado muros de cabeza en los ejes A, B, C; para lograr que la distancia entre el centro de rigidez y el centro de masas sea la menor posible. e) En la dirección “Y” se ha considerado prácticamente todos los muros de soga, ya que según la nueva Norma
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Analisis estructural y diseño de un edificio de cuatro pisos de albañileria confinada
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ANALISIS ESTRUCTURAL Y DISEÑO DE UN EDIFICIO DE CUATRO PISOS DE ALBAÑILERIA CONFINADA
1.1 DATOS GENERALES DEL PROYECTO
Ubicación: N° de pisos: 04 Uso: vivienda Sistema estructural: albañileria confinada Distribucion arquitectónica: un departamento por piso, con un área techada
por piso de Peso de la albañilería: 1,800 kg/m3 Albañilería(f´m): f´m = 65 kg/cm2 = 650 ton/m2
1.2 PARAMETROS PARA EVALUAR LA FUERZA CORTANTE EN LA BASEZ = 0.30 C = 2.50 R = 6U = 1.0 S = 1.20 K = 0.20
1.3 ESTRUCTURACIONLa estructuración del edificio tiene las siguientes características:
a) Existe una densidad de muros más o menos aceptable en ambas direcciones.b) Losa aligerada armada en una dirección (la luz mas corta) de 17 cm de espesor; ya
que tenemos luces menores a 4 m.c) Losa maciza de e = 17 cm en la zona de la escalera, debido al trafico que va a tener.d) Existe simetría del edificio con respecto al eje “y”, pero con respecto al eje “X” no es
tan simétrico, motivo por el cual se ha considerado muros de cabeza en los ejes A, B, C; para lograr que la distancia entre el centro de rigidez y el centro de masas sea la menor posible.
e) En la dirección “Y” se ha considerado prácticamente todos los muros de soga, ya que según la nueva Norma Sismorresistente E- 030 la excentricidad accidental hace que estos, tomen incrementos de cortantes por torsión importantes, principalmente aquellos que están más alejados del centro de rigidez del edificio, es decir, los perimetrales.
f) Las ventanas de los ambientes han sido ubicadas en las partes de los tercios centrales de las longitudes del muro.
g) La escalera ha sido ubicado en la dirección más critica “Y”.h) Todos los muros perimetrales serán confinados por efectos de torsión.i) Las vigas soleras de los muros se prolongaran por encima de los vanos (no se
consideran dinteles).j) No se ha considerado en el análisis estructural los muros menores a 1.00 m de
longitud.
k) Los muros tendrán una altura de 2.40 m .l) Los muros confinados mantendrán la relación l </= 2h.m)Para simplificar el diseño, la disposición y espesores de muro se mantendrán en
todos los niveles.
1.4 PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES
MUROSSe han considerado muros en soga, construidos con ladrillo King Kong 18 huecos hechos a máquina, cuyas dimensiones son 13x 23 x 9 (ancho x largo x altura); es decir, con espesor efectivo de t = 13 cm.Si aplicamos la formula dad por la norma E – 070 tenemos que t > h/20 = 240/20 = 12 cm; lo que quiere decir que los espesores elegidos son aceptables.Es importante resaltar que en la práctica el establecer que muros van de cabeza y cuáles van en soga, puede conllevarnos a una serie de modificaciones, hasta lograr que dichos muros pasen por compresión axial y por corte.
1.5 DISTRIBUCION DE MUROS EN PLANTA DE LA EDIFICACION
La densidad mínima de muros reforzados en cada dirección está dada por:
Amuros
A planta
=Am
A p
= ZUSN56
Donde:
Am=área demuros encadadirección .
Ap=área en planta típica de laedificación .
Luego:
L t Z U S N 0.3 x 1 x 1.2 x 4 0.02571Ap 56 56
Donde:
L = longitud total del muro incluyendo sus columnas (sólo intervienen muros con L > 1.2 m) t = espesor efectivo = 0.13 m.
Ap = área de la planta típica = 10.00 x 12.5 = 125.00 m2
Z = 0.3 el edificio está ubicado en la zona sísmica 2 (Norma E.030)
U = 1.0 el edificio es de uso común, destinado a vivienda (Norma E.030)
S = 1.2 el edificio está ubicado sobre suelo intermedio, medianamente rigida (Norma E.030)
N = 4 = número de pisos del edificio
Para calcular el área total de los muros, se determina la longitud total de dichos muros en cada dirección tanto en X y Y, luego se multiplica por el espesor neto del muro(0.13 m).
Según el eje X:
Am
Ap
=(0.13 m )∗(27.66 m )
125.00 m2=0.028766
0.028766 > 0.02571 ……OK!
Según el eje Y:
Am
Ap
=(0.13 m )∗(43.82 m )
125.00 m2=0.04557
0.04557 > 0.02571 ……OK!
1.6 METRADO DE CARGAS
Para el metrado de cargas y sobrecargas se tomará en cuenta los siguientes pesos unitarios de acuerdo a la Norma vigente:
Concreto Armado: 2400 kgf/m3 = 2.4 Tnf/m3.
Metrados: 100 kgf/m2 = 0.1 Tnf/m2.
Albañilería sólida: 0.019 Tnf/m2/cm
0.019 (Tnf/m2/cm)*15 cm = 0.285 Tnf/m2.
Parapetos y tabiques(ladrillo pandereta): 0.014 Tnf/m2/cm
0.014 Tnf/m2/cm * 15 cm = 0.21 Tnf/m2
Ventanas: 0.02 Tnf/m2
Sobrecargas: 0.2 Tnf/m2(para efectos sísmicos se usa el 25%)
0.2 Tnf/m2 * 0.25 = 0.05 Tnf/m2
Cobertura de teja: 120 Tnf/m2 = 0.12 Tnf/m2
CARGA PROVENIENTE DE LA LOSA TECHO
Esta se carga se obtiene mediante la fórmula:
P = W*A
W = espesor losa*ϒ concreto armado + peso acabados + peso por sismo
Rd=factor dereducción por ductilidad paraalb . estructural Rd=3.0
H=0.3∗1.0∗2.5∗1.2∗(422 )
3
H=126.6 ( fuerza cortantebasal sismico)
DISTRIBUCION DE LA FUERZA CORTANTE BASAL A LO ALTO DEL EDIFICIO
Fi=Pi∗hi∗H
∑ Pihi
NIVEL Pi hi Pihi Fi Ycg i Fi *Ycg i"i" (Tnf) (m) (Tnfm) (Tnf) (m) (Tnfm)4 105.5 10.08 1063.44 50.64 4.93 249.65523 105.5 7.56 797.58 37.98 4.93 187.24142 105.5 5.04 531.72 25.32 4.93 124.82761 105.5 2.52 265.86 12.66 4.93 62.4138Σ 422 2658.6 126.6 624.138
UBICACIÓN DE LA FUERZA CORTANTE BASAL EN PLANTA TIPICA
Debido a la simetría de las cargas en los muros en la dirección X la coordenada en x será:
X = Lx/ 2 = 12.5/2 = 6.25 m
Mientras en la dirección Y es:
Y=∑ Fi∗Ycg i
H
Y=¿ 624.138/ 126.6 = 4.93 m
La carga cortante basal actúa en:
C (X ; Y) = (6.25; 4.93) m
CALCULO DE LA RIGIDEZ LATERAL (K) DE MUROS
K= Ea
h3
3 I+
fh∗( Ea/Ga )ADonde:Ea = módulo de elasticidad de la albañilería =32000 kgf/cm2 = 0.32 x 10^6 Tnf/m2Ga = 128000 Tnf/m2I = Momento de Inercia de la sección transformadaf = factor de forma = Amuro/AalmaGa = módulo de elasticidad al corte =12800kgf/cm2= 128000 Tnf/m2
CALCULO DEL MOMENTO DE INERCIA DE LA SECCION TRANSVERSAL TRANSFORMADA DE MUROS DE ALBAÑILERÍA CONFINADA
ntL 0.20 m 0.20 mn = Ec/Ea = (2 x 10^6 Tnf/m2 )/ (0.32 x 10^6 Tnf/m2) = 6.25
n * t = 6.25* 0.13 m = 0.81 mCALCULO DEL FACTOR DE FORMA Y EL MOMENTO DE INERCIA PARA EL MURO X1
El muro Y1 tiene una longitud efectiva de:
L1 = 4.15 – 0.13 = 4.02 m
El 25% de la longitud efectiva del muro transversal es:
0.25 x 4.02 = 1.0 m
Área alma del muro: Am = 0.13 m x 4.15 m = 0.5395 m2
Área transformada
A = 0.20 X 0.81 + 0.13 X 1.48 + 0.20 X 0.81 + 0.13 X 1.0
A = 0.6464 m2
El factor de forma es:
f = 0.6464 m2/ 0.5395 m2 = 1.1981464319
MOMENTO DE INERCIA DE LA SECCION TRANSFORMADA RESPECTO AL EJE Y