PDF- -diseño estructural para el proyecto de vivienda nueva para el barrio - Calculo de losa aligerada sap 2000.pdf

lculo de losa aligerada sap 2000

Description

DISEÑO DE LOSA ALIGERADA EN SAP2000 CALCULO DE ACERO

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL,

DE SISTEMAS Y ARQUITECTURA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

DISEÑO DE LOSA ALIGERADA EN SAP2000 CÁLCULO DE ACERO

JOSÉ LUIS REQUE QUESQUÉN

DECIMO CICLO

CIUDAD ETEN

CHICLAYO

JOSE LUIS REQUE QUESQUEN

ENERO DEL 2012

DISEÑO DE LOSA ALIGERADA EN SAP2000 CALCULO DE ACERO

DISEÑO DE LOSAS ALIGERADAS EN SAP2000 CALCULO DE ACERO Como parte de este instructivo y dependiendo del lugar donde se ejecute la edificación,

se establecerán consideraciones para el diseño de losa aligerada de acuerdo a normativas del lugar

En el caso nuestro que es PERÚ,

se establecen consideraciones de acuerdo a la norma E-060

CONSIDERACIONES DE LA NORMA E-060 PARA LOSAS ALIGERADAS a) Las losas aligeradas están compuestas de una combinación monolítica de vigueta s'espaciadas en una dirección y una losa en la parte superior

b) El ancho de vigueta será como mínimo 10 cm

c) El espaciamiento libre entre viguetas será como máximo 75 cm

d) Las losas aligeradas que no cumplan con estas limitaciones serán tratadas como losas macizas

e) El espesor de la losa no debe ser menor de 5 cm

f) La losa debe llevar refuerzo perpendicular a las viguetas pero no menor que el refuerzo fijado por contracción o temperatura

DETALLE ALIGERADO: H = 0

PASOS PREVIOS PARA EL DISEÑO El cálculo de acero para Losas Aligeradas es similar al cálculo de acero para vigas

A continuación se DISEÑARÁ EL ACERO CON SAP2000 para los tipos de aligerados previamente definidos que se muestran más adelante

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DISEÑO DE LOSA ALIGERADA EN SAP2000 CALCULO DE ACERO

Como primer paso para el diseño de LOSA ALIGERADA se tiene que definir el sentido de la misma,

siempre se debe llevar a cabo de tal manera que las viguetas queden con una luz libre menor respecto a si escogiéramos el otro sentido

Se busca que la luz libre de las viguetas sea la menor por dos razones: 1

Controlar las deflexiones en el centro

Economizar disminuyendo los momentos y con ello el acero

Cabe resaltar que pueden combinarse dos sentidos de aligerado en un mismo piso,

quiere decir que un paño puede ser diseñado con viguetas en un sentido y otro paño del mismo piso puede tener viguetas en otro sentido

Una vez definido el sentido del aligerado aparecen las VIGAS PRINCIPALES que son en las que se apoyan las viguetas,

Las VIGAS SECUNDARIAS que en conjunto con las vigas principales sirven de amarre a todos los paños de un mismo piso para formar el DIAFRAGMA RÍGIDO

VIGA SECUNDARIA Luz menor

Sentido del Aligerado

VIGA SECUNDARIA

Los TIPOS DE ALIGERADOS para nuestro ejemplo se muestran en la página siguiente y son: A,

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4,38 0,25

E CAJA DE ESCALERA 01

ALIGERADO

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DATOS PARA EL SAP2000: 1

MATERIALES: 2

Acero: fy = 4200 Kg/cm2

SECCION DE LOSA ALIGERADA (2

Se toma un ancho de alma 0

La altura h de la sección T obedece a un PREDIMENSIONADO (h = Luz libre/25)

Se debe tener en cuenta que sólo se tienen ladrillos de 12,

25 y 30 cm

y siendo la losa no menor a 5 cm

Entonces solo existirán losas aligeradas de 17,

30 y 35 cm

METRADO DE CARGAS 3

CARGA MUERTA: En el metrado de carga muerta no se incluye el peso propio de las viguetas ni de la losa de 5 cm

debido a que el Programa SAP2000 tiene definido por defecto el PATRON DE CARGAS: DEAD (Muerta) que calcula de manera automática el PESO PROPIO de los elementos estructurales a los que se les ha asignado una SECCIÓN previamente definida

CARGA MUERTA P

Losa Aligerada (h=20 cm) Peso Muerto P

Tabiquería Equivalente

Carga Muerta (Cm)

330 Kg/m²

Losa Aligerada (h = 20 cm

): El peso de losa aligerada de 20 cm de espesor es de aproximadamente 300 Kg/m2,

como el programa calcula el peso de los 10 cm de vigueta y 5 cm de losa,

queda por considerar el peso del ladrillo que es de 80 Kg/m2

Peso Muerto: El peso muerto en losas aligeradas está conformada por el peso del falso Piso (5cm) + Acabados (0

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Peso especifico del Concreto Simple: 2000 Kg/m3

Peso muerto = 0

Peso de Tabiquería Equivalente: lo obtenemos de la siguiente manera: 

       

Lm: Longitud de Muros

CARGA VIVA: La carga viva dependerá del uso que se le asigne a la losa aligerada,

pudiendo ser por ejemplo Vivienda,

Oficinas u otros

Para el caso de azotea se considera 100 Kg/m2

En nuestro ejemplo el uso es vivienda que por norma Cargas E-020 la sobrecarga es 200 Kg/m2

Las mayoración de cargas lo haremos en el SAP2000

CARGA VIVA Sobrecarga (S/C) Carga Viva (Cv) En 0

CARGA EN VOLADO:

El metrado de cargas en los volados para el caso de los muros (2

El peso específico del muro de albañilería que es 1800 Kg/m3

MURO EN VOLADOS 2

150 m 2

600 m 0

40 m 280

PARAPETO EN VOLADOS 1

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150 m 1

40 m 108

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A continuación se muestran los pasos a seguir para modelar y diseñar en el programa SAP2000 V14 el TIPO DE ALIGERADO C siendo estos pasos los mismos para llevar a cabo el resto de aligerados

El procedimiento que se describe a continuación es similar tanto para SAP2000 Versión 12 como para el SAP2000 Versión 14

PASO 1: ABRIR EL PROGRAMA SAP2000 Ejecutamos el programa SAP2000 Versión 14,

desde el acceso directo que se encuentra en el escritorio

El programa se ejecutará y antes de mostrar el entorno del programa,

aparecerá un cuadro de dialogo Tip of the day (Consejo del día),

el que muestra algunas actualizaciones y recomendaciones para el programa y el uso de sus comandos

Next Tip: Siguiente Consejo Previous Tip: Consejo Anterior Picamos en OK y Tendremos el entorno SAP2000 14 para empezar a modelar nuestra estructura

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PASO 2: DEFINIR UNIDADES Seleccione las unidades en las que desea trabajar

Esta opción se encuentra en la parte inferior derecha de la pantalla principal de SAP2000 V14,

como se muestra a continuación

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PASO 3: SELECCIÓN DEL MODELO Del menú principal (parte superior),

abriendo la opción de File > seleccione New Model

Esta acción lo llevará a la ventana de New Model que se muestra a continuación

Seleccione la plantilla Beam,

que es la que se muestra acontinuacion

Esto lo conducirá a la siguiente ventana o pantalla

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Se deben llenar las casillas de acuerdo con las caracteristicas del Aligerado

Number of Spans (Numero de Tramos): 6

Span Length (Longitud de Tramo): Se deja cual esta

Las opciones que se presentan en Section Properties nos permiten definir las secciones de los elementos estructurales que utilizaremos mas adelante

Debido a que existen opciones en el Menu de herramientas (Define/ Section Properties/ Frame Sections) que son exclusivamente para la definicion de secciones,

es que se ignora por ahora esa parte

NOTA: Asegúrese que la opción de Restraints está seleccionada

De otra manera,

la estructura tendrá las juntas libres (sin apoyos)

Chequee la opción Use Custom Grid Spacing and Locate Origin y haga clic en el botón Edit Grid,

lo que lo llevará a la siguiente ventana:

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Digite los valores correspondientes para ubicar los ejes en función de las longitudes de los tramos

Cabe resaltar que podemos utilizar las celdas de esta ventana como si fuesen celdas de excel,

quiere decir que si realizamos una operación aritmetica dentro de la celda,

este al presionar enter muestra el resultado

Si le colocamos por ejemplo: 3

solo hacer clic en Reorder Ordinates y todas los valores se ordenan

La opcion Bubble Size es el tamaño de las burbujas que representan los Ejes

Presione Ok dos veces

Esto lo conducirá a la pantalla principal de SAP2000,

la cual tiene por omisión dos ventanas principales: una en tres dimensiones y la otra en el plano XZ

Para formar el volado tenemos que LIBERAR el apoyo que se encuentra en el EJE 7,

dejarlo sin ningun tipo de restricción como se verá en el paso siguiente

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PASO 4: DEFINICION DE LAS CONDICIONES DE APOYOS PARA EL VOLADO Y EXTREMO DEL ALIGERADO

VOLADO Seleccione la junta a cambiar su condición (Eje 7) Luego Seleccione en el menú principal Assign/ Joints/ Restraints o presione el icono que se encuentra en la parte superior de la pantalla

conducirán a la pantalla que se muestra a la derecha

Seleccionar la siguiente opcion:

EXTREMO El apoyo simple que se encuentra en el extremo del aligerado,

debe tener restriccion de giro para las direcciones de 1 y 3 (x y z) mas no para y (2),

por lo tanto sleccionamos el apoyo y le damos las siguientes condiciones en Assign/ Joints/ Restraints

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PASO 5: DEFINICION DE PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Seleccione

de la lista que se presenta escoja la opción de Materials como se

continuación: Esto lo conducirá a la pantalla que se muestra a continuación:

DEFINIENDO

MATERIAL:

Concreto210 Seleccione el botón de Add New Material Quick para adicionar un nuevo material,

Material

Property Definition que se muestra:

Seleccione Concrete en Material Type y

) en Specification y presione el botón Ok

Materials seleccione el material 3000psi y haga clic en el botón Modify/Show Material lo que lo llevará a la siguiente ventana: Ingrese un nombre para identificar el material (por ejemplo: Concreto210) en la caja de texto de Material Name

especificados en la descripción del problema

Seleccione OK dos veces

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DEFINIENDO EL MATERIAL: Acero 4200 Seleccione el botón de Add New Material Quick para adicionar un nuevo material de los disponibles según las Especificaciones,

el cual lo conducirá a la pantalla de Quick Material Property Definition que se muestra:

Seleccione Rebar en Material Type y ASTM A615 Grade 60 (fy =4200 Kg/cm2 aprox

) en Specification y presione el botón Ok

Luego de la ventana Define Materials seleccione el material A615 Grade 60 y haga clic en el botón Modify/Show Material lo que lo llevará a la siguiente ventana: Ingrese un nombre para identificar el material (por ejemplo: Acero4200) en la caja de texto de Material Name

Cambie los valores a los especificados en la

Seleccione OK dos veces

PASO 6: DEFINICIÓN DE LA SECCION DE VIGUETA Para definir las secciones de los elementos,

seleccione Define en el menú principal y luego la opción Section Properties/ Frame Sections

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Una forma alternativa es presionar el icono de

en el toolbar ubicado en la parte

Cualquier opción lo conducirá a la siguiente pantalla

Para el caso de losa aligerada se tiene solo una sección de concreto,

para ello dar clic en el botón Add New Property que lo llevará a la ventana Add Frame Section Property

Del cuadro de diálogo Frame Section Property Type seleccione la opción Steel y luego la sección TEE

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VIGUETA

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Digite VIGUETA en la caja de texto Section Name

Escoger Concreto210 en la caja de edición Material

Digitar las dimensiones de la viga en las cajas de texto correspondientes

Hacer clic en el botón Concrete Reinforcement Acero4200

Longitudinal Bars y Acero4200 de la lista Cofinement Bars del cuadro Rebar Materials

Escoger Bean (viga) del recuadro Design Type

Por defecto el programa le da un recubrimiento (cover) al centro de la para arriba (top) y abajo (botton)

Digitar 0

Hacer clic en el botón Ok para aceptar los datos establecidos y regresar al formulario Tee Section

Hacer clic en la caja de selección Display Color para escoger un color para las VIGUETAS escogemos el color anaranjado y luego hacer clic en Ok para regresar al formulario Frame Properties

Luego hacer clic en Ok para regresar al formulario Frame Properties

El formulario Frame Properties deberá quedar como el siguiente:

Hacer clic en el botón Ok del formulario Frame Properties para aceptar los cambios

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PASO 7: ASIGNAR SECCIONES DE LOS ELEMENTOS AL MODELO Luego de definir la sección de viguetas,

el siguiente paso es asignar dichas propiedades a los elementos

Seleccione los elementos del modelo mediante un clic encima de dichos elementos o dibujando un cuadro que cubra dichos elementos,

moviendo el mouse y manteniendo apretado el botón izquierdo

Del menú de Assign seleccione Frame/Frame Sections,

lo que lo lleva a la siguiente ventana:

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Seleccione del recuadro Properties la sección VIGUETA

Al presionar OK,

el nombre de la sección va a aparecer sobre el elemento del modelo

PASO 8: DEFINIR SISTEMAS DE CARGAS Antes de aplicarle las cargas al modelo es necesario definir los sistemas de cargas

En este paso NO se aplican las cargas,

solamente se definen las que van a ser utilizados

En este ejemplo se van a aplicar la carga VIVA y MUERTA,

esta ultima como lo aclaramos al inicio no incluirá el peso propio de la vigueta

Para definir el sistema de cargas,

seleccione Define del menú principal y luego la opción Load Patterns

Esto lo llevará a la siguiente ventana,

donde inicialmente el programa tiene por omisión el patrón de carga DEAD (MUERTA)

Proceda a definir los demás estados de carga

carga viva alternancia 01 LIVE2,

carga viva alternancia 02 LIVE3,

carga viva alternancia 03 LIVE4,

carga viva alternancia 04 LIVE5,

carga viva alternancia 05 LIVE6,

carga viva alternancia 06 LIVE7,

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Load Pattern Name: Nombre del Patrón de Carga

Type: Tipo de Patrón de carga o

DEAD: Muerta

LIVE: Viva

SELF WEIGHT MULTIPLIER: En esta casilla por defecto para DEAD el programa establece 1,

quiere decir que el peso propio de las viguetas que calcula de manera interna lo multiplica por la unidad

En el caso de otro tipo de cargas se le asigna 0 (cero),

tal es el caso de la carga VIVA,

ya que esta carga se asignara de los cálculos que hayamos hecho en el metrado de cargas

PASO 9: ASIGNAR LAS CARGAS A LA ESTRUCTURA ASIGNACIÓN

MUERTA DISTRIBUIDA

seleccione primero las VIGUETAS,

escoja la opción Frame Loads/Distributed o también el icono

Esto lo lleva a la siguiente pantalla:

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Uniform Load: Carga uniforme que es la que utilizaremos en este ejemplo: 0

Picamos en OK y el pórtico quedara cargado tal como se muestra

ASIGNACIÓN DE CARGA PUNTUAL (PARAPETO H = 1

aparecerá el siguiente cuadro donde se colocara la carga puntual: 0

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La carga puntual se mostrará como una flecha aplicada direccionada hacia el eje negativo de la Z

ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA LIVE Seleccione los elementos del aligerado y asignarle la carga viva que le corresponde

Carga viva LIVE = 0

080 Ton/m

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ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA ALTERNANCIA 1 LIVE1 Seleccione los elementos del aligerado alternando (dejando un tramo),

y asignarle la carga viva que le corresponde

Carga viva LIVE 1 = 0

080 Ton/m

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ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA ALTERNANCIA 2 LIVE2 Seleccione los elementos del aligerado alternando (dejando un tramo),

y asignarle la carga viva que le corresponde

Carga viva LIVE 2 = 0

08 Ton/m

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DISEÑO DE LOSA ALIGERADA EN SAP2000 CALCULO DE ACERO ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA ALTERNANCIA 3 LIVE3

ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA ALTERNANCIA 4 LIVE4

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DISEÑO DE LOSA ALIGERADA EN SAP2000 CALCULO DE ACERO ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA ALTERNANCIA 5 LIVE5

ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA ALTERNANCIA 6 LIVE6

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ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA ALTERNANCIA 7 LIVE7

PASO 10: DEFINIR BRAZOS RÍGIDOS PARA LAS VIGUETAS Seleccionar las viguetas del modelo

Luego luego Asign/Frame/End (Length) Offset Seleccionar la opción Automatic from Connectivity y en Rigid-zone factor digitar 0

Luego los elementos del aligerado se mostrarán con brazos rigidos en cada nudo

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Los Brazos rigidos se colocan para que el programa SAP2000 al momento de realizar el analisis muestre los momentos negativos y cortantes de las viguetas a una distancia establecida medida desde el nudo

PASO 11: DEFINICIÓN DE LAS COMBINACIONES DE CARGA COMB1 : 1

4DEAD+1

Linear ADD

COMB2 : 1

4DEAD+1

Linear ADD

COMB3 : 1

4DEAD+1

Linear ADD

COMB4 : 1

4DEAD+1

Linear ADD

COMB5 : 1

4DEAD+1

Linear ADD

COMB6 : 1

4DEAD+1

Linear ADD

COMB7 : 1

4DEAD+1

Linear ADD

COMB8 : 1

4DEAD+1

Linear ADD

Después de realizar todas las combinaciones indicadas,

se realiza una última que es la superposición de todas las combinaciones escogiendo automáticamente la envolvente como resultado: ENVOLVENTE

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DISEÑO DE LOSA ALIGERADA EN SAP2000 CALCULO DE ACERO Define/Load Combinations/Add New Combo

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PASO 12: ANALIZAR LA ESTRUCTURA: Antes de ejecutar el programa tenemos que elegir en base a que sistema se llevara a cabo el analisis,

Analyze/ Set Analysis Options,

El procedimiento seguido hasta el Paso anterior desarrolla lo que es la entrada de datos al programa o

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Pre-Procesamiento

Lo que sigue ahora es resolver el problema o sea continuar con la etapa de solución,

para lo que del menú Analize,

seleccionar la opción Run Analysis

Nos aparecera la siguiente ventana del cual solo haremos una modificacion seleccionar MODAL y clic en Run/Do Not Run Case

Luego la opción Run Now

Si no hemos grabado nuestro trabajo,

nos pedirá un nombre y una ubicación

Se recomienda,

dado que son muchos los archivos que crea,

asociados al descriptivo de la geometría,

utilizar una carpeta nueva a fin de tenerlos separados fácilmente

Despues que el programa realizó el analisis nos muestra una simulacion de la deformacion conjunta de todo el portico debido a la aplicación de cargas

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PASO 13: LECTURA E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS: 13

Combo Name se escoge el tipo de combinacion del que se quiere visualizar los MOMENTOS,

ENVOLVENTE

Se elige Moment 3-3

En Options se escoge Show Values on Diagram se mostrará el diagrama de momentos

representativos (Máximos y mínimos)

Para un mejor detalle del momento a lo largo del elemento,

se hace anticlic sobre el elemento y aparecera una ventana como la siguiente,

el elemento seleccionado se encontrara parpadeando de amarillo

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Conforme demos clic en alguna parte de la vigueta (Resultant) observamos a la derecha los valores minimos y maximos de los momentos y cortantes

El color AZUL representa la ENVOLVENTE

NOTA: Los momentos dependiendo si son POSITIVOS o NEGATIVOS el diagrama se rellena de color AMARILLO o ROJO respectivamente

Como podemos ver en la imagen anterior

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Para ver el detalle de cada tramo del aligerado hacemos anticlic en dicho tramo y aparecerá un detalle identico al que se tenia en el diagrama de momentos

Después de haber corrido el programa con Run Now,

diversos menús se bloquean mientras que los de diseño y resultados se habilitan

Esto quedara presente en la barra de herramientas,

Modelo Bloqueado

Modelo Desbloqueado

Para desbloquear el modelo y editarlo,

encuentra bloqueado y aparece un mensaje de aviso que nos comunica se borrarán los resultados del análisis y le damos OK para desbloquear

PASO 14: DISEÑO EN ACERO El cálculo de acero manualmente se calcula con dos formulas que son iterativas o también con la formula cuadrática que se despeja de aquellas

En cambio el Programa SAP2000 realiza el cálculo internamente mostrando el valor del área necesaria al detalle para cada elemento estructural

Para llevar a cabo el cálculo del área de acero en el programa se debe definir antes el Codigo o Reglamento de Construcción con el que se trabajará

Design/ Concrete Frame Design/ View/ Revise Preferences y aparecerá la siguiente ventana:

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Design Code: Se escoge el Reglamento de Diseño ACI 318-05

Los otros datos posteriores a éste se modificarán automáticamente de acuerdo al código seleccionado

Después de haber definido los parámetros de diseño de acuerdo al Reglamento ACI318-05 debemos seleccionar los grupos de diseño

Se puede seleccionar los grupos de diseño

Design/

Concrete

Design/ Select Design Combos,

de la Lista de Combinación de Cargas seleccionar ENVOLVENTE,

Cambiar las Unidades a Tonf,

Para realizar el diseño en Acero,

en el Menú Design/ Concrete Frame Design/ Star Design/ Check of Structure

También podemos correr el diseño haciendo clic sobre

El Programa

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realizará el diseño internamente y nos mostrará por defecto el AREA DE ACERO LONGITUDINAL para cada tramo del aligerado como vemos en la imagen siguiente: 1° TRAMO 7

3/8 = 0

586 cm2

Tramo 6-7

356 cm2

1/2 = 2

341 cm2

2° TRAMO 5

Tramo 5-6

1/2 = 2

341 cm2

00 cm2 >

821 cm2

1/2 + 1

3/8 = 2

00 cm2 >

515 cm2

3° TRAMO 5

Tramo 5-4

1/2 + 1

3/8 = 2

00 cm2 >

515 cm2

667 cm2

3/8 = 2

00 cm2 >

715 cm2

4° TRAMO 4

3/8 = 0

715 cm2

Tramo 3-4

3/8 = 1

934 cm2

1/2 = 1

289 cm2

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DISEÑO DE LOSA ALIGERADA EN SAP2000 CALCULO DE ACERO

5° TRAMO 3

1/2 = 1

289 cm2

Tramo 2-3

3/8 = 1

049 cm2

1/2 = 1

900 cm2

VOLADO 2

1/2 = 1

: Como el acero por flexión no es necesario en ese eje,

debería colocar el Acero Mínimo (*) 1 colocamos 1

900 cm2

Pero para uniformizar el acero

La Longitud de los bastones de Acero negativo es: 0

El diseño por cortante para viguetas no se hace (No lleva estribos)

    

       

    

DETERMINACIÓN DEL ACERO MÁXIMO POR VIGUETA    

          

       

      

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DISEÑO DE LOSA ALIGERADA EN SAP2000 CALCULO DE ACERO PLANO ESTRUCTURAS: ALIGERADOS

CAJA DE ESCALERA 01

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ALIGERADO