DISEÑO DE ESTRUCTURAS METALICAS CON SAP2000

[jhing]

EN EL DISEÑO DE ESTRUCTURAS METALICAS USANDO SAP2000 NESECITA QUE SE INCORPORE COMO DATO EXTERNO A LA GEOMETRIA LOS PARAMETROS DE LONGITUD NO ARIOSTRADA Lb Y EL COEFICIENTE DE PANDEO K???

NECESITO SABER ESTO YA QUE OTROS PROGRAMAS NO LOS CONSIDERA Y ASIGNA POR DEFECTO K = 1 Y Lb = LARGO GEOMETRICO ENTRE APOYOS.

SALUDOS

[yucapareja]

CREO QUE LA LONGITUD NO ARRISOSTRADA EL LA CONSIDERA EL LARGO GEOMETRICO DEL ELEMENTO PERO EN EL CASO QUE NO SEAN IGUALES TU PUEDES MODIFICARLA Y EL COEFICIENTE DE PANDEO EL LO CALCULA.

[FYU]

Estimados,

para el diseño de estructuras metálicas SAP2000 calcula automáticamente los factores Cm, K, L y Cb.

Con los factores L calcula la longitud no arriostrada de un elemento en el eje fuerte y débil de la sección y ello depende de cómo estén definidos los elementos, para lo cual les recomiendo no dividir los frames en cada intersección con otro elemento (sólo cuando sea necesario, porque algunas veces no determina bien este valor) sino usar la opción "automatic frame mesh", con lo cual puedes lograr que el frame tenga el largo "real" entre sus apoyos (especialmente en elementos principales).

Con los factores K calcula la longitud de pandeo y estos factores los determina de acuerdo a la rigidez de los elementos que llegan a los nudos inicial y final de un elemento (en el AISC ASD-89 ver Sec. C-C2 página 5-137), pero para este cálculo no considera los elementos inclinados en vertical y en horizontal, es decir, sólo considera los elemetos ortogonales que llegan a un nudo. A los elementos inclinados les asigna por defecto K=1 (por ejemplo, los arriostres verticales y horizontales).

Cb y Cm los calcula de acuerdo a las disposiciones del AISC. En el AISC ASD-89, ver Sec. F1 página 5-47 y Sec. H1 página 5-55, respectivamente.

Pero todos estos valores pueden ser modificados manualmente.

[jhing]

Estamos claros que se pueden modificar manualmente, pero la idea es automatizar el diseño y no perder tiempo en definir estos parametros para cada elemento, me gustaria que explicaras mas en detalle la opcion de aplicar la division automatica.

Saludos

Ojala puedas publicar un ejemplo

[FYU]

Estimado,

esta era una de las pocas ventajas, según mi punto de vista, que tenía el Risa con respecto del Sap.

En Sap cuando dos elementos se intersectaban para unirlos había que usar el menu >>Edit>>Divide Frames...

Ahora para dividir elementos que se intersectan sin dividirlos (con lo que se agregan más frames y joints al modelo) hay que usar el menu >>Assign>>Frame/Cable/Tendon>>Automatic Frame Mesh...

Primero seleccionar los elementos a dividir y hacerlo con el menu anterior.

Puedes dividir con respecto a joint intermedios o intersecciones de elementos, entre otras opciones.

Les adjunto un ejemplo muy simple, pero ilustrativo, en el cual sólo tengo 22 frames en vez de 33.

[jhing]

Ojala puedas subir un ejemplo en una version anterior, 9 o 8...

Saludos



Nota: De que parte de chile Eres???

[yucapareja]

Aunque mucha gente dice que hay que dividir todos los elementos donde se intercepten para revisar si existe continiudad en los elementos, a mi parecer no es recomendable ya que con las columnas si la divides en cada intercepcion genera problemas porque considera mal la longitud total a la hora de calcular el "K".

Saludos

[FYU]

Estimado jhing,

Soy de Santiago y te adjunto archivo Ejemplo.s2k, porque el SAP no permite guardar en versiones anteriores. En este archivo debes cambiar la versión a la que tú tienes:

TABLE: "PROGRAM CONTROL"
ProgramName=SAP2000 Version=10.0.5 ProgLevel=Plus LicenseOS=No LicenseSC=No LicenseBR=No LicenseHT=No CurrUnits="Kip, in, F" SteelCode=AISC-ASD01 ConcCode="ACI 318-05/IBC 2003" AlumCode="AA-ASD 2000" _
ColdCode=AISI-ASD96 StiffCase=None

y luego importarlo desde SAP. Espero que te funcione...

Estimado yucapareja,

Estás en lo correcto, no es necesario ni vale la pena dividir todos los elementos en cada intersección, porque agregas nudos y elementos adicionales al modelo, que pueden hacer más lento el procesamiento del modelo. Además, de como bien dices, el SAP a veces comete errores en el cálculo de factores L, K, Cm y Cb, al tener una misma columna o viga dividida en tantos elementos, como que no entiende bien dónde empieza y dónde termina el elemento realmente.

[romero2006]

Tengo una consulta....

Que significado tiene el factor L???

Tengo entendido que tiene que ver con la longitud no arriostrada del elemento.

Pregunto esto porque a veces en el sap cuando diseño cerchas, algunos elementos me aparecen como muy esbeltos y fallan, y cuando le veo los factores, el factor L tiene valores muy altos como 8, ¿esta bien este valor o tengo que modificarlo manualmente en caso que aparezcan valores asi?

[FYU]

Estimado romero2006,

exactamente, con los factores L el SAP calcula la longitud no arriostrada de las vigas, columnas, arriostres etc., es decir, la longitud no ariostrada corresponde al factor L multiplicado por la longitud del elemento.

El problema está cuando tienes una viga o columna, o lo que sea, dividido en varios elementos, entonces a veces SAP se marea y toma mal el factor L, es decir, o amplifica de más la longitud o puede que no la amplifique por lo que debiera, es por eso que yo recomiendo no dividir los elementos y utilizar la opción auto frame mesh (ver ejemplo, en este mismo foro), excepto cuando sea estrictamente necesario, y cuando divides elementos siempre revisar los factores L, que tú los puedes modificar manualmente.

Ojo que al dividir los elementos, como dijo yucapareja anteriormente en este foro, a veces no solo toma mal los factores L sino que también los factores K (para el cálculo de la longitud de pandeo), por lo que al dividir los elementos, también hay que darle una revisada a esos factores y que también tú los puedes modificar manualmente.

[lulo]

fyevenes

Por lo que entiendo, todo esto del factor K y L son necesarios para determinar la esbeltez del elemento, ahora bien, K es el factor de pandeo que depende del tipo de apoyo que tenga el elemento (empotrado, etc.) pero L es solamente la longitud del elemento, y es aqui donde hay que tener cuidado con los frames, ya que por ejemplo en una diagonal vertical (en X) hay dos maneras de hacerlas; conectadas en la intersección o no conectadas. En el primer caso se deben dividir los elementos en 4 frame, lo que reduce notablemente la longitud de pandeo L (a la mitad) lo que implica el uso de un perfil menor que el que se necesitaria. Para el segundo caso solo debieran existir 2 frame, uno para cada diagonal.

Saludos..

[FYU]

Estimado lulo,

yo diría que basta dividir uno de los elementos en dos y el otro no (a éste le haces un auto frame mesh a joints intermedios para que te queden todos los elementos unidos en su intersección), ya que en un arriostre vertical tipo X, donde se conectan en la intersección de los elementos, generalmente un elemento pasa de extremo a extremo y el otro se enterrumpe (ve el ejemplo que puse en este foro).

Ojo que la NCh2369 te permite considerar el punto de intersección como un "apoyo" para el pandeo fuera del plano del arriostre, pero según entiendo, el AISC no tiene esa disposición, por lo que eso aplica sólo en Chile y es por eso que SAP al dividir los elementos del arriostre tipo X por la mitad (o en su intersección), el factor L lo considera igual a 2 para el pandeo fuera del plano.

[cavilg]

Amigo fyeneves, me podrias decir con que criterio SAP aplica el auto mesh (supongo que debe ser en funcion de las rigideces relativas de los elementos que llegan a la interseccion), y donde puedo ver el factor L del que hablan y como se modifica manualmente.
Gracias
Cavilg

[FYU]

Estimado cavilg,

La opción auto frame mesh genera un joint "virtual", explicándolo de una forma simple, en la intersección de los elementos, es decir, los une sin dividirlos fisicamente. Al final, es lo mismo que dividir los elementos con el comando Edit, pero sin aumentar el número de elementos y nudos, y por su puesto que la rigidez del nudo depende de los elementos que llegan a él.

En cuanto a los factores L, éstos se van asignando automáticamente al ir generando el modelo.

Cómo visualizarlos:

- Después de hacer el diseño, los puedes ver cuando le pides que te muestre el diseño en pantalla, se llaman L Factor o en las tablas de salida, donde se llaman XLMajor y XLMinor.
- Otra forma es >>Display>>Show Tables... y eliges Frame Design Assigments, acá cuando te aparece XLMajor igual a 0, significa que SAP lo calcula automátcamente y cuando tú asignas un valor, entonces XLMajor es distinto de 0.
- Por último, otra forma, previa al diseño o a correr el modelo, es >>Design>>Steel Frame Design>>Display Design Info...>>Design Input y ahí eliges Umbraced Length Ratio y te muestra en pantalla los factores L para cada elemento.

Cómo modificarlos:

- Para modificarlos debes seleccionar el elemento e ir a >>Design>>Steel Frame Design>>View/Revise Overwrites... donde te aparecen los factores L llamados Umbraced Length Ratio (Major y Minor, LTB) y ahí modificarlo.
- La otra forma es con la opción >>Edit>>Interactive Database Editing... y eliges Frame Design Assigments, acá cuando te aparece XLMajor igual a 0, significa que SAP lo calcula automátcamente y cuando tú asignas un valor, entonces XLMajor es distinto de 0.

[GibsonLesPaul2212]

Estimado fyevenes: De acuerdo a tus comentarios, el no dividir la columna en varios elementos sino que se considere uno (ver el ejemplo que publicaste) ¿Cómo se calcularia el factor único K a mano?. La gran mayoria de los monogramas de los libros de acero, vienen de tal forma que uno entra con el factor GA y GB, pero de un tramo especifico, si se tienen tres niveles o dos niveles como tu ejemplo ¿Cómo calcularias el factor único de una columna de esquina por ejemplo?

Ojala se haya entendido.

Gracias

[FYU]

El algoritmo de cálculo de los factores de luz efectiva (K) por el SAP2000 sólo es aplicable a estructuras de marcos (moment resisting frames). Cualquier otro tipo de estructuración los valores de K deberían ser ingresados por el usuario.

Los factores K el SAP2000 sólo los calcula para elementos tipo columna, los cuales entiende que son todos aquellos paralelos al eje Z, al resto, vigas (paralelos al plano XY) y arriostres (elementos inclinados en los planos verticales, XZ o YZ), les asigna K=1.

El algoritmo de cálculo del factor K que usa SAP2000 es el mismo de los ábacos (monogramas), pero usando las fórmulas numéricas que los originan, más otras consideraciones adicionales y sólo calcula los factores K para el caso de desplazamiento permitido (sidesway permitted). Las fórmulas son las siguientes:

( alfa^2 x Gi x Gj - 36 ) / ( 6 x (Gi + Gj ) ) = alfa / tan( alfa )

K = pi / alfa

Luego, para el cálculo del factor K considera los nudos inicial y final del elemento, esto implica claramente algunas diferencias cuando subdivides o no una columna en cada nivel al cual llegan vigas. Ahora los valores que he obtenido (K máximo de cada el tramo del elemento discretizado vs. K del elemento continuo), en general, no son significativamente distintos, como para llegar a modificar un diseño.

En cuanto a cómo calcular el factor K para la columna formada por un sólo elemento, conservadoramente, se podría realizar calculando el K de cada tramo y diseñar con el mayor. Los promedios NUNCA son buenos, a menos que tu dispersión sea mínima, pero son sólo casos ideales, un edificio con igual rigidez en todos sus pisos... el primer piso siempre tiene una rigidez distinta.

Finalmente, los valores de K que entrega SAP2000 SIEMPRE se deben revisar, porque puede entregar valores ficticios, muy altos, (incluso eso lo dice el mismo manual de diseño, CSI Steel Frame Design Manual for SAP2000 and Etabs). En ese caso se deben editar los valores de K y el usuario debe ingresar los valores "correctos" (manualmente).

Como siempre, todo es una mezcla entre conocimiento, experiencia y criterio...

[GUTISLASH]

Quiero hacerles una pregunta, el programa tambien calcula los coeficifentes que se tienen que multiplicar la I/L de las vigas en los estremos alejados cuando los porticos permiten o no el desplazamiento lateral