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TALLER DE INICIACION ALSTAAD PROFACILITADOR:ING. IGOR
RODRIGUEZCabimas, Julio de 2009Republica Bolivariana de
VenezuelaUniversidad del ZuliaNcleo Costa Oriental del LagoPrograma
de IngenieraCabimas - Zulia
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STAAD es un software estructural completo para PCs, que maneja
todos los aspectos de la ingeniera estructural. A travs de este se
puede construir un modelo matemtico idealizado de cualquier
estructura, verificarlo grficamente, ejecutar el anlisis y/o diseo,
revisar los resultados, buscar y/o seleccionar los datos para crear
su reporte. Todo desde un mismo ambiente grfico. El objetivo
general de este taller es introducir a los participantes en el uso
de este importante software estructural. El participante podr
profundizar y practicar, ya que se le suministrara el software y un
manual electrnico que detallas muchos de los puntos abarcados en el
taller.QUE ES STAAD PRO Y PARA QUE SIRVE?
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COMO FUNCIONA EL STAAD?Este software funciona segn el siguiente
proceso (FASES)Se crea un archivo de datos de entrada, para lo cual
se debe considerar, la secuencia, los comandos y su sintaxis. Este
se puede crear de forma escrita (con editor) o a travs de interfase
grafica (como CAD)El programa realiza clculos con los datos de
entrada, usa mtodo matricial de la rigidez para analizar. Genera
desplazamientos de los nodos, y luego los traduce en fuerzas y
momentos en los miembros. Con datos de anlisis, hace diseo en acero
(revisin y seleccin de perfiles), concreto (dimensiones y
armaduras), madera, aluminio, entre otros. Normas AISC (ASD y
LRFD), ACI, DIN, Europeas, japonesas entre muchas otras.Todos los
datos de entrada, resultados de anlisis, y resultados de diseo,
adems de muchos otros datos de inters, pueden ser incluidos en
archivos de salidas, grficos, diagramas de corte, momento, etc.
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADPara utilizar el
STAAD, se debe conocer ciertas consideraciones tericas que aplican
para realizar un modelaje estructural, y poder interpretar
correctamente los resultados que este genera. Por ello debemos
abordar cada fase del proceso establecido previamente. Inicialmente
se mostraran de forma muy genrica, y luego se podr indicar detalles
de cada una, o profundizar a travs de la practica y estudio del
manual.Iniciremos con la creacin del archivo con los DATOS DE
ENTRADA.
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADATIPO
DE ESTRUCTURA.PLANA (PLANE)ESPACIAL (SPACIAL)ARMADURA 2D o 3D
(TRUSS)PISO (FLOOR)
Se debe seleccionar el tipo de estructura a calcular, segn las
caractersticas geomtricas y de carga, segn sea el caso.
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE
ENTRADAUNIDADES DE TRABAJODISTANCIAS: METRO, CM, PIE, PULG,FUERZA:
KG, LIBRA, NEWTON, KIP, .
Se puede seleccionar unidades de los sistemas MKS, SI y FPSSe
debe seleccionar la unidad a trabajar en su modelo, considerando la
consistencia entre unidades.Por lo general, para lograr esta
consistencia se suelen cambiar las unidades a lo largo del archivo
de entrada segn sea necesario
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE
ENTRADAGEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA.Para la definicin de la geometra
de la estructura, se debe considerar tres aspectos bsicos, el
sistema de coordenadas, la definicin de nodos, y la incidencia de
miembros y/o elementos.Sistema de coordenadas global: Existe un
sistema referencia de coordenadas general o global para toda la
estructura, el cual se define segn los siguientes sistemas:*
Coordenadas rectangulares (X;Y;Z), es decir (largo, ancho y alto).
El mas usado* Coordenadas Cilndricas (r, , z), es decir, radio,
ngulo y altura. Conveniente para estructuras cilndricas, domos,
cnicas, entre otras
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE
ENTRADAGEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA. (cont)Sistema de coordenadas
local: Tambin existe un sistema referencia de coordenadas local
para cada elemento, el cual siempre ser rectangular.Este se define
segn la incidencia del elemento, asumiendo que va de i a j, el
sistema se define con el eje X+ en la orientacin i->jLos ejes Y
y Z se definen segn la regla de la mano derecha, y por lo general
se asocia a Z como el eje donde se obtiene mayor inercia.Segn este
sistema local es que se obtienen los resultados en los datos de
salida.
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE
ENTRADAGEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA. (cont)
Relacin entre coordenadas globales y locales: Esta se establece
como ngulo beta ()Por lo general la relacin suele establecerse segn
lo establece el siguiente grafico.
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE
ENTRADAGEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA. (cont)Definicin de Nodos.Segn el
sistema de coordenadas global establecido y el sistema de unidades
seleccionado, se debe identificar nodos o puntos que definen los
miembros y/o elementos que conforman la estructura.Para ello se
deben incluir las coordenadas de esos puntos.Que es un miembro?Son
los componentes lineales, es decir vigas, columnas, miembros de
cerchas, entre otros. Por lo general se asocia con los perfiles
metlicos o secciones de concreto. Estos suelen definirse con dos
nodos.Que es un elemento finito?Son superficies o slidos, es decir,
muros, losas, paneles, paredes de tanques, entre otros. Pueden ser
de lminas de acero, de concreto armado, u otro material. Por lo
general se define con 3 o 4 nodos cuando son superficie; y con 6 y
8 nodos para slidos.
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE
ENTRADAGEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA. (cont)Idealizacin de la
estructura.Como un aspecto inicial para generar el modelo, el
calculista debe idealizar su estructura, definiendo sistema de
coordenadas, nodos, miembros y elementos que integran su modelo.
Los Nodos se identifican con nmeros, definidos secuencialmente de
abajo hacia arriba, y de izquierda a derecha. Para ilustrar esto,
se presenta el siguiente ejercicio (N 1):
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COORDENADAS DE NODOSESTRUCTURA: PLANAUNIDADES: METROS
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE
ENTRADAGEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA. (cont)Definicin de
miembros.Estos se definen entre dos nodos, especificando en N que
los identifica y los nodos que lo limitan (Ejem: el miembro 1, va
del nodo 1 al nodo 2)Para ello es importante mantener un orden en
la definicin, para no confundirse en cuanto al cambio de
coordenadas globales (como se ingresan los datos) a coordenadas
locales (como se expresa en la salida del programa).Como prctica
comn, suele mantenerse en todo el modelo el mismo sentido para
generar los miembros, es decir, las columnas se definen todas desde
el nodo inferior al superior, y las vigas de izquierda a
derecha.Tambin se suelen definir los miembros, agrupndolas segn el
tipo de seccin o perfil. Esto pudiera generar rangos donde, por
ejemplo, que los elementos desde el 1 hasta el 6 son columnas, y
del 7 al 11 son vigas.Siguiendo con nuestro ejemplo, Cmo seria la
definicin de los Miembros?
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3.5 m3.5 m3.5 m3.5 m3.5 m12345678910XYINCIDENCIAS DE
MIEMBROS12345678910MIEMBROS: DEL 1 AL 4, DEL 8 AL 9 =>
COLUMNASDEL 5 AL 7, 19 => VIGAS
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE
ENTRADAGEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA. (cont)Definicin de
elementos.Estos tambin se identifican con nmeros, y de manera
consecutiva con la establecida para miembros. Existen dos tipos de
elementos finitos, los de placa o cascaron; y los slidos, siendo
los primeros los ms comnmente utilizados, y que abordaremos en el
taller.Estos se definen entre tres nodos (triangular) o 4 nodos
(cuadrilteros). Para ello se indica el N que lo identifica y los
nodos que lo conforman, recorridos en sentido horario o
antihorario. (ejem: el elemento 2, con los nodos 2, 3, 8 y 7).Es
recomendable que estos elementos no sean muy grandes, y que tengan
lados proporcionales. Para ello suele incluirse nodos adicionales
que condicionar el tamao de los elementos.Siempre que se define un
elemento, el STAAD genera un nodo adicional, el cual se ubica en el
centro del elemento.Para establecer estos elementos coherentemente,
se debe considerar las especificaciones en el siguiente
grafico.
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GEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA. (cont)Para ilustrar la definicin de
elementos se sugiere el siguiente ejercicio (N 2).CONSIDERACIONES
TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADA3.5 m4.5 m3.3 m
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COORDENADAS DE NODOS nodo X Y Z 10.00000.00000.0000
23.30000.00000.0000 30.00000.00004.5000 43.30000.00004.5000
50.00003.50000.0000 61.10003.50000.0000 72.20003.50000.0000
83.30003.50000.0000 90.00003.50001.5000 101.10003.50001.5000
112.20003.50001.5000 123.30003.50001.5000 130.00003.50003.0000
141.10003.50003.0000 152.20003.50003.0000 163.30003.50003.0000
170.00003.50004.5000 181.10003.50004.5000 192.20003.50004.5000
203.30003.50004.5000 MIEMBROSNUMERO NODO1
NODO211522833174420ELEMENTOSNUMERO NODO1 NODO2 NODO3 NODO4 5 5 6 10
96 6 7 11 107 7 8 12 118 9 10 14 139 10 11 15 1410 11 12 16 1511 13
14 18 1712 14 15 19 1813 15 16 20 19
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE
ENTRADAPROPIEDADES DE LOS MIEMBROS.Aqu se deben definir las
propiedades de la seccin que conforma a cada elemento, es decir, si
una estructura esta conformada con un perfil especifico, debe
indicar las dimensiones del perfil, su rea, inercias, entre otras
caractersticas. El STAAD dispone de varias especificaciones para
definir las propiedades de los miembros, las cuales permite
especificar dichas caractersticas:A) Miembro prismtico (para
concreto).B) Perfiles de acero estndares desde la biblioteca
incluidaC) Tablas de perfiles de acero creadas por el usuario.D)
Secciones biseladas, entre otras
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE
ENTRADAPROPIEDADES DE LOS MIEMBROS (cont)Por lo general, el
calculista solo discrimina los diferentes tipos de perfiles y/o
secciones existentes en la estructura, y luego le asigna dicho
perfil a los elementos especficos o rango de elementos.En nuestro
ejemplo 1, podremos definir que las columnas estarn conformadas por
secciones cuadradas de 30 cm. x 30 cm. de concreto, mientras las
vigas sern secciones de 30 cm. de ancho x 40 cm. de
alto.Posteriormente, utilizaremos esta informacin observar este
procedimiento utilizando el software.Para profundizar sobre estas
especificaciones se puede ver la seccin 3 del manual.
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE
ENTRADAPROPIEDADES DE LOS ELEMENTOSPor lo general, para el proceso
de asignacin de propiedades a los elementos solo se debe
especificar:El numero o rango de elementosEl espesor de la placaEl
material que la conforma (acero, concreto, )
En nuestro ejemplo 2, consideraremos la losa, como una losa
maciza de concreto, de 10 cm de espesor.
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE
ENTRADADEFINICION DE SOPORTES (APOYOS) Tal como conocemos, existen
diversos tipos de apoyos, definidos segn la restriccin del
movimiento en direcciones especificas. Los empotramientos, apoyos
articulados, apoyos sobre rodillos, apoyos sobre materiales
elsticos o resortes, entre otros, pueden ser modelados, y nicamente
basta con conocer el tipo y el nodo en donde se ubica. En nuestros
ejemplos, donde se ubican los apoyos (en cuales nodos)
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE
ENTRADADEFINICION DE CARGAS Una vez establecida las caractersticas
geomtricas, definidas las propiedades de los miembros y elementos,
e indicados cuales son los apoyos o soportes de la estructura, se
debe proceder a incluir en el modelo las cargas.Para ello existen
varios tipos de cargas que se pueden incluir en el Modelo.Cargas en
Nodos (*)Cargas en Miembros (*)Cargas sobre elementos (*)Peso
propio de miembros/elementos (*)Generadores de Cargas (para viento,
sismo, entre otras)(*)Combinaciones de Carga (*)Cargas por
temperaturaCargas por desplazamiento de apoyos
Por ahora se detallaran las indicadas con (*), para el resto se
pueden referir a la seccin 2 del manual
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE
ENTRADADEFINICION DE CARGAS (cont)Cargas sobre nodos: Se pueden
aplicar cargas en cualquier direccin y/o momentos en los nodos que
asi lo requieran. Las mismas estarn referidas al sistema de
coordenadas globales.Cargas sobre miembros: aqu se pueden aplicar
tres tipos de carga, (a) puntuales, (b) Uniformes y (c)
trapezoidales. En todos los casos se pueden aplicar en longitud
parcial o total del elemento.
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE
ENTRADADEFINICION DE CARGAS (cont)Cargas sobre elementos: aqu se
definen cargas aplicadas perpendicularmente a la superficie del
elemento, como presin en el mismo; y tambin se pueden aplicar
cargas en los nodos.Peso propio: este consiste nicamente en aplicar
el comando selfweight, identificando el numero de los elementos y
miembros. El programa internamente calcula con el rea y la densidad
del material el peso propio de los
miembros/elementos.Combinaciones: Por lo general, las cargas no
actan de manera aislada, y en muchos casos, segn requerimientos de
las normas de diseo para concreto y acero, se suelen establecer
unas condiciones de cargas bsicas (cargas muertas (CM), cargas
vivas (CV), sismos (S), vientos (V), entre otros), y unas
combinaciones especificas de estas. Como ejemplo; (1.2 CM + 1.6
CV); , (0.75 (1.2 CM + 1.6 CV) + SISMO)El STAAD permite establecer
estos estados de carga primarios, y luego realizar la superposicin
de efectos para encontrar las combinaciones que se requieran.
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE
ENTRADAINSTRUCCIONES DE ANALISIS.Ya definidos todos los datos
geomtricos, establecida la incidencia, determinados los perfiles y
secciones de miembros y elementos, indicadas las condiciones de
apoyo, y dispuestas las condiciones de carga sobre la estructura,
se procede a indicar la instruccin de anlisis y de impresin de los
datos.Por lo general esta instruccin es nica para anlisis esttico,
aunque existen otros que no estarn contempladas en este taller.
Dicha instruccin solo incluye variantes sobre los aspectos que se
desea incluir en el archivo de salida, por ejemplo, puedes mostrar
desplazamientos de nodos, fuerzas en extremos de miembros,
condiciones de carga, crentro de gravedad, entre otras opciones.
Todo depender de las necesidades del calculista.
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE
ENTRADADISEOAl realizar el anlisis, se supone que el software
dispone de los resultados de la estructura. Por consiguiente conoce
todas las fuerzas y momentos que actan en cada uno de los miembros
y/o elementos que la conforman, segn las consideraciones de carga
estipuladas en el modelo.Son estos datos de anlisis, los que
utilizamos para disear los elementos. El STAAD permite disear y/o
revisar si los perfiles y secciones definidas en el modelo son
capaces de soportar las cargas que se le imponen.Para ello se deben
definir ciertos parmetros, y dar algunas instrucciones, luego de
haber realizado en anlisis.El principal de ellos consiste en
indicar el cdigo o norma a utilizar, y cuyos criterios sern los
utilizados para el diseo y/o revisin de los componentes.
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CONSIDERACIONES TEORICAS PARA USO DEL STAADDATOS DE ENTRADADISEO
EN ACEROPara disear miembros de acero, el STAAD puede asumir los
criterios de diseo elstico (ASD) y a la rotura (LRFD) establecidos
por la AISC unificada (2008).Para ello se deben definir diversos
parmetros. Para ello, deben remitirse a la seccin 3 del manual, que
aborda especficamente todos los aspectos inherentes al diseo en
acero. DISEO EN CONCRETOPara disear miembros y elementos de
concreto, el STAAD puede asumir los criterios de diseo establecidos
por la ACI.Para ello, tambin deben definir parmetros especficos.
Para ello, deben remitirse a la seccin 4 del manual, que aborda
todos los aspectos inherentes al diseo en concreto armado.
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Recuerden!
Este taller es para inducirlos en el clculo con STAAD, a travs
de unos conocimientos bsicos.Posteriormente, Uds. deben profundizar
en ese conocimiento, y aplicarlo para adquirir experiencia en su
uso, hasta lograr dominarlo lo mejor posible.Ya disponen de el
software, y tienen el manual, solo falta.
Trabajar con el STAAD! y Modelar, calcular y disear todo lo que
puedan.