En este artículo, le mostraremos cómo diseñar una viga de hormigón armado utilizando el software SkyCiv. Este tutorial cubre dos opciones de software proporcionadas por SkyCiv para el diseño de vigas: SkyCiv Beam y 3D estructural. Profundizaremos en ambas herramientas para ayudarlo a acceder y diseñar vigas de manera efectiva. Al final del artículo, también aplicaremos el método de coeficientes prescrito por ACI-318-19 para el diseño de vigas RC.
Si eres nuevo en el diseño de vigas, recomendaríamos leer algunos artículos introductorios de SkyCiv:
- ¿Qué es el hormigón armado??
- Cómo calcular la resistencia del momento de flexión para una sección de viga?
- Cómo analizar un haz continuo?
Estos tutoriales lo ayudarán a comprender mejor el proceso general de diseño de vigas..
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Software SkyCiv Beam
La primera parada es crear el modelo de haz en el software SkyCiv Beam.. Indicamos los pasos requeridos: (entre paréntesis, mostramos los datos de ejemplo):
- En la página del tablero, seleccione el módulo de haz.
- Crea una viga definiendo su longitud. (66 ft).
- Ir a soportes y definir bisagras o varillas simples (bisagra al principio y al final; varilla en terceros puntos).
- Ve a las secciones y crea una rectangular. (sección rectangular; ancho = 18 en; altura = 24 en).
- Luego seleccione el botón de carga distribuida y asigne uno, dos, o más como usted necesita para (carga muerta superpuesta = 0.25 kip / ft ; carga viva = 0.40 kip / ft )
- El siguiente paso es crear algunas combinaciones de carga. (\({L_d = 1,2veces D + 1.6\veces L}\))
- Finalmente, resolver la viga!
Figura 1: Modelo de viga con cargas muertas y vivas aplicadas
Después de resolver la viga, podemos comprobar los resultados, como el diagrama de flexión, para obtener sus valores máximos a lo largo de la longitud del elemento. Las siguientes imágenes muestran el resultado final..
Figura 2: Diagrama de momento de flexión debido a la combinación de carga especificada
El SkyCiv Beam Software nos da una tabla con los valores máximos de fuerzas, tensiones, y desplazamiento:
Figura 3: Tabla de resumen
Ahora es el momento de seleccionar la pestaña de diseño y seleccionar y definir la entrada como diseño de refuerzo, secciones de análisis, algunos coeficientes, combinaciones de carga, etc.. mira las figuras 4 y 5 para más descripción.
Figura 4: Diseños de haz RC
Figura 5: Fuerzas y secciones a evaluar en el diseño
Una vez que todos los datos están listos, podemos hacer clic en el “Cheque” ,. Esta acción nos dará entonces los resultados y los ratios de capacidad de resistencia y servicio..
Figura 6: Resultados del diseño del módulo de vigas.
A continuación, puede descargar todos los informes que necesita para!
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SkyCiv Structural 3D
Ahora es el momento de usar Structural 3D! Recomendamos volver al software Beam y hacer clic en el “Abrir en S3D” ,. Esto nos ayudará a preparar el modelo y sus entradas en S3D..
Una vez que hicimos clic en el botón cambiar, el modelo fue creado automáticamente. Recuerda guardarlo! (Si necesita familiarizarse con este módulo, mira este enlace tutorial!)
Figura 7: Modelo creado automáticamente en S3D.
Ahora ve directamente a la “Resolver” icono eligiendo el “Análisis lineal” opción. Siéntase libre de verificar y comparar resultados; usaremos el “Diseño” opción. Es hora de definir todas las características requeridas para evaluar la viga en las diferentes pestañas.
Figura 8: Miembros’ información para el diseño
Figura 9: Miembros’ fuerzas y secciones para el diseño
SkyCiv puede verificar un diseño RC definido en particular o calcular una optimización de refuerzo de sección. Nos gustaría sugerirle que ejecute esta última opción.
Figura 10: Optimización de refuerzo de sección.
Cifras 11 y 12 mostrar el resultado final y el refuerzo de sección sugerido calculado para el diseño de optimización.
Figura 11: Resultados del diseño de hormigón estructural
A continuación, puede descargar todos los informes que necesita para!
Figura 12: Optimización en Sección de Acero de Refuerzo
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ACI-318 Ecuaciones aproximadas
Al diseñar una viga continua, ACI-318 permite usar coeficientes de momento para cálculos de flexión. (Para más ejemplos, siéntase libre de visitar estos artículos de SkyCiv sobre Diseño de losa)
Los momentos en las secciones críticas se calculan con: \( M_u = coeficiente times w_u times l_n^2 \). Donde el coeficiente se puede obtener de la siguiente:
- tramo exterior:
- exterior negativo: \(\frac{1}{16}\)
- midspan positivo: \(\frac{1}{14}\)
- interior negativo:\(\frac{1}{10}\)
- tramo interior:
- Negativo: \(\frac{1}{11}\)
- midspan positivo: \(\frac{1}{16}\)
Seleccionaremos dos casos: el valor máximo absoluto para momentos de flexión positivos y negativos.
\(wu=1.2veces D + 1.6\veces L = 1.2 \veces 0.25 + 1.6 \veces 0.4 = 0.94 \frac{kip}{ft} \)
\(METRO_{tu,negativo} = {\frac{1}{10}}{\veces 0.94 {\frac{kip}{ft}}}{\veces {(22 ft)}^ 2} = 45.50 {kip}{ft} \)
\(METRO_{tu,posición} = {\frac{1}{14}}{\veces 0.94 {\frac{kip}{ft}}}{\veces {(22 ft)}^ 2} = 32.50 {kip}{ft} \)
Cálculo de la resistencia a la flexión por momento negativo, \({METRO_{tu,negativo} = 45.50 {kip}{ft}}\)
- Supuesta sección controlada por tensión. \({\fi_f = 0.9}\)
- Amplitud de rayo, \({b=18 pulgadas}\)
- Zona de refuerzo de acero, \({A_s = frac{M_u}{\phi_fveces 0.9dveces fy}= frac{45.50 kip-ft veces 12 en -ft }{0.9\veces 0.9(17 in )\veces 60 KSI}=0,66 {in}^ 2}\)
- \({\rho_{min} = 0.003162}\). Área mínima de refuerzo de acero, \({UNA_{s,min}=rho_{min}\veces bveces d = 0.003162 \veces 18 En tiempos 17 en =0.968 {in}^ 2}\). Ahora, comprobar si la sección se comporta como controlada por tensión.
- \({a = frac{A_sveces f_y}{0.85\veces f'cveces b} = frac{0.968 {in}^2veces 60 KSI}{0.85\veces 4 ksiveces 18 in }= 0.95 in}\)
- \({c = frac{a}{\beta_1}= frac{0.95 in}{0.85} = 1.12 in }\)
- \({\varepsilon_t = (\frac{0.003}{c})\veces {(d – c)} = (\frac{0.003}{1.12 in})\veces {(17in – 1.12 in)} = 0.0425 > 0.005 }\) OK!, es una sección controlada por tensión!.
Cálculo de resistencia a la flexión para momento positivo, \({METRO_{tu,posición} = 32.50 {kip}{ft}}\)
- Supuesta sección controlada por tensión. \({\fi_f = 0.9}\)
- Amplitud de rayo, \({b=18 pulgadas}\)
- Zona de refuerzo de acero, \({A_s = frac{M_u}{\phi_fveces 0.9dveces fy}= frac{32.50 kip-ft veces 12 en -ft }{0.9\veces 0.9(17 in )\veces 60 KSI}=0.472 {in}^ 2}\)
- \({\rho_{min} = 0.003162}\). Área mínima de refuerzo de acero, \({UNA_{s,min}=rho_{min}\veces bveces d = 0.003162 \veces 18 En tiempos 17 en =0.968 {in}^ 2}\). Ahora, comprobar si la sección se comporta como controlada por tensión.
- \({a = frac{A_sveces f_y}{0.85\veces f'cveces b} = frac{0.968 {in}^2veces 60 KSI}{0.85\veces 4 ksiveces 18 in }= 0.95 in}\)
- \({c = frac{a}{\beta_1}= frac{0.95 in}{0.85} = 1.12 in }\)
- \({\varepsilon_t = (\frac{0.003}{c})\veces {(d – c)} = (\frac{0.003}{1.12 in})\veces {(17in – 1.12 in)} = 0.0425 > 0.005 }\) OK!, es una sección controlada por tensión!.
Finalmente, podemos ver que para ambos momentos, negativo y positivo, el resultado es asignar un refuerzo mínimo a flexión. El área de la barra de acero requerida es igual a \(0.968 {in}^2).
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