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Tutorial de armadura 3: Ejemplo de diseño de armadura de techo

Diseño de vigas de techo usando SkyCiv

En este tutorial, diseñaremos una armadura de techo para un garaje con la siguiente información:

Ubicación: 8050 SO Beaverton Hillsdale Hwy, Pórtland, O 97225, Estados Unidos
Longitud del edificio: 10.0m
Ancho de construcción: 7.0m
altura del alero: 4.0m
Altura de la armadura del techo: 2.0m
Ángulo del techo: 29.745°
Recinto: Edificio abierto

Usaremos una forma de L. (AISC) sección para la armadura del techo, aislar la armadura crítica (espaciados a 3,33 m) y analizándolo como un conjunto de armaduras simplemente apoyado.

Visite nuestros otros tutoriales para obtener más información sobre la definición de truss y tipos de armaduras. O prueba nuestro Calculadora de vigas en línea para probar y calcular las fuerzas axiales para truss, techo y vigas.

Figura 1. 3D Render de la estructura.

Figura 2. Ubicación del sitio.

Cargas de techo

En el diseño de los componentes, evaluaremos las cargas del techo que actúan sobre las vigas del techo. Tenga en cuenta que la carga de viento que se usará aquí será para Componentes y Revestimiento para diseñar los miembros de la armadura del techo..

En el diseño de los miembros de la armadura del techo., ASCE 7-16 Combinaciones de carga LRFD se utilizará.

Peso muerto

Asumiremos las siguientes cargas a ser transportadas por las vigas del techo:

Láminas de techo y accesorios: 0.15 kPa (aplicado en la cuerda superior)
Techo: 0.25 kPa (aplicado en el cordón inferior)

El peso propio se comprobará cuando ya tengamos la sección inicial y se iterará el diseño a partir de estos datos.. Para vigas de techo, utilizando un espacio igual a 3,33 m de centro a centro (miembro crítico), la carga muerta superpuesta es:

${W}_ _{muerto,superior} = 0,15kPa(3.33m) = 0.5 kN / m $
${W}_ _{muerto,inferior} = 0,25kPa(3.33m) = 0.833 kN / m $

Carga viva

De la tabla 4.3-1 de ASCE 7-16, la carga viva para techos (piso ordinario, autoportantede pared, y techos curvos) es igual a 0.96 kPa. Por lo tanto, para vigas de techo:

${W}_ _{En Vivo} = 0,96 kPa(3.33m) = 3.197 kN / m $

Tenga en cuenta que la carga viva que actúa sobre la armadura del techo, se supone que actúa sobre la proyección horizontal del área. Dado que aplicaremos esto en el acorde superior, simplemente multiplicaremos esta carga por la longitud del miembro, y aplicarlo a los nodos del acorde superior.

Carga de viento

Por la carga del viento, utilizaremos el cálculo de la presión del viento para los componentes y el revestimiento (Capítulo 30 de ASCE 7-16). estaremos usando el Generador de carga SkyCiv para calcular las cargas de viento que actúan sobre las vigas del techo.

La siguiente información se utiliza para el cálculo de las presiones del viento:

Ubicación	8050 SO Beaverton Hillsdale Hwy, Pórtland, O 97225, Estados Unidos
Categoría de riesgo	I (Garaje)
Longitud del edificio	10.0 m
Ancho del edificio	7.0 m
Altura media del techo	5.0 m
Ángulo del techo	29.745°

Basado en la imagen satelital de Google Maps, podemos ver que todas las direcciones se clasifican como categoría de exposición B.

Figura 3. Ubicación de la estructura y la categoría de exposición para cada dirección contra el viento.

Adicionalmente, algunas direcciones tienen colinas pero el efecto de la topografía es insignificante ya que la ubicación de la estructura está en la mitad inferior de la altura entre el pie contra el viento y la elevación máxima. Por lo tanto, Kzt es igual a 1.0 para todas las direcciones.

Figura 4. Gráfico de elevación de Google Maps y el factor topográfico correspondiente para el viento proveniente del sur.

En la pestaña Datos de estructura, seleccionaremos Open-Pitched/Duopicth como el perfil del techo ya que el garaje no está encerrado por paredes. Tenga en cuenta que la longitud del edificio, L, aquí está la distancia perpendicular a la inclinación del techo, y la altura media del techo, h, es el promedio de la altura del alero y la altura del vértice del techo.

Figura 5. Datos de estructura.

Sobre el "Calcular la carga de vientoparámetros, necesitamos establecer el Tipo de estructura en ASCE 7-16 – Edificios – Componentes y revestimiento ya que diseñaremos la estructura del techo como componentes. La Clasificación del recinto se establece en Edificios abiertos y el Bloqueo de viento se establece en "Despejado o vacío debajo" como, durante los tifones, los coches de abajo no bloquearían más de 50% del área de viento debajo. Para el Área de Revestimiento de Techo, calcularemos el área de viento efectiva para las vigas del techo.

El área de viento efectiva para la estructura del techo – la longitud es igual a 3,33 m:

${A}_ _{armaduras} $ = distancia x longitud = 3,33 m(7.0m) =( 23.31 {m}^{2} \)

sin embargo, en la sección 26.2 de ASCE 7-16, por definición del área de viento efectiva, el ancho efectivo no necesita ser inferior a un tercio de la longitud del tramo. Por lo tanto:

${A}_ _{armaduras} $ = distancia x longitud ≥ (longitud/3) x largo = 3,33 m (7m) ≥ (7m/3) (7m) = $ 23.31 {m}^{2} $

La entrada para la carga de viento es la siguiente:

Figura 6. Parámetros de viento para edificio abierto – componentes y revestimiento.

De estos parámetros, se pueden calcular las presiones de viento de diseño:

Figura 7. Presiones de viento para cada zona.

Dado que las presiones del viento por zonas 1, 2, y 3 son todos iguales, la zonificación no importará. Por lo tanto, para carga de techo en el truss, tendremos dos casos – lo positivo (o máximo) caso y negativo (o min) caso:

${W}_ _{viento+} = 0,651 kPa (3.33m) = 2.168 kN / m $
${W}_ _{viento-} = -0.453kPa (3.33m) = -1.508 kN / m $

Tenga en cuenta que el valor positivo aquí significa que la presión actúa hacia la superficie del techo y es perpendicular a ella, y el valor negativo significa que la presión actúa en dirección opuesta y es perpendicular a la superficie del techo..

Carga de nieve

Usando los mismos datos del sitio usados en Wind Load:

Ubicación	8050 SO Beaverton Hillsdale Hwy, Pórtland, O 97225, Estados Unidos
Categoría de riesgo	I (Garaje)
Longitud del edificio	10.0 m
Ancho del edificio	7.0 m
Altura media del techo	5.0 m
Ángulo del techo	29.745°

Sobre los parámetros “Calcular carga de nieve”, necesitamos establecer la "Categoría de terreno" en "B" (igual que la categoría de exposición), la "Condición de exposición del techo" a "Totalmente expuesto" y la "Condición térmica" a "Estructuras al aire libre y sin calefacción", ya que se trata de un garaje en el espacio abierto. La "Condición de techo inclinado" se establece en "Resbaladizo" ya que el material de techado que se utilizará es G.I.. sábana. Además, consideraremos el caso desequilibrado para la ubicación usando el techo Symmetric Gable.

Figura 8. Parámetros de carga de nieve.

Generación de la carga de nieve, la carga de nieve equilibrada del techo es igual a 0.23 kPa.

Figura 9. Resultado de la carga de nieve equilibrada.

Para el caso desequilibrado, tenemos que considerar la carga en un lado (p1) igual a 0 y el otro (p2) igual a 0.42 kPa.

Figura 10. Resultado de carga de nieve desequilibrada para techo a dos aguas.

Por lo tanto, la carga de nieve sobre las correas y las vigas del techo es la siguiente:

${W}_ _{armaduras,equilibrado} = 0.23 kPa (3.33m) = 0.766 kN / m $
${W}_ _{armaduras,desequilibrado p1} = 0 kN / m $
${W}_ _{armaduras,p2 desequilibrado} = 0.42 kPa (3.33m) = 1.399 kN / m $

Lo mismo con la carga viva, la carga de nieve actúa sobre la proyección horizontal del área efectiva y debe convertirse en una carga inclinada que actúa sobre el cordón superior de la estructura del techo. Por lo tanto:

${W}_ _{armaduras,equilibrado} = 0.766 kN / m / cos(29.745°) = 0.882 kN / m $
${W}_ _{armaduras,desequilibrado p1} = 0 kN / m $
${W}_ _{armaduras,p2 desequilibrado} = 1.399 kN/m/cos(29.745°) = 1.611 kN / m $

Inicie el cálculo de la armadura del techo con SkyCiv:

Diseño de armadura de techo

Usando el SkyCiv S3D, podemos analizar la armadura del techo:

Supondremos que la armadura del techo está simplemente apoyada y se analizará en 2D agregando soportes en cada nodo con el código RRFRRR para corregir solo el desplazamiento del eje Z. La sección inicial que usaremos es una forma AISC L – 2.5“x2.5”x3/16”. Adicionalmente, los miembros se modelan como una armadura – donde la fijeza del nodo se libera para el Y local- y eje Z. Aplicando las cargas del techo y multiplicando cada carga que calculamos arriba por la longitud del miembro para convertirla en cargas nodales: