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Edificios industriales con estructura de acero Juan Felipe Beltrán Departamento Ingeniería Civil Universidad de Chile Santiago, Chile Marzo de 2007 Revisión,

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Presentación del tema: "Edificios industriales con estructura de acero Juan Felipe Beltrán Departamento Ingeniería Civil Universidad de Chile Santiago, Chile Marzo de 2007 Revisión,"— Transcripción de la presentación:

1 Edificios industriales con estructura de acero Juan Felipe Beltrán Departamento Ingeniería Civil Universidad de Chile Santiago, Chile Marzo de 2007 Revisión, elaboración del guión y locución a cargo del Dpto. de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile con coordinación del Ing. Ricardo Herrera

2 Contenido Edificios industriales de acero Definición Tipos de edificios industriales Cargas Diseño de edificios industriales Criterios de serviciabilidad Mantención

3 Edificios Industriales 1. Definición Usos principales –Alojar procesos de producción –Almacenamiento de equipos e insumos Diseño –Estética del edificio –Distribución de plantas libres y pasillos –Límites de altura –Maquinarias equipos y métodos de almacenamiento –Remodelaciones y cambio de uso –Cargas/solicitaciones –Relaciones entre áreas de trabajo, flujos de producción y consideraciones acústicas.

4 Clasificación 2. Tipos de edificios industriales Edificios industriales más comunes –Pórtico simple –Pórtico doble sin pilar central –Pórtico doble con pilar central –Pórtico con viga reticular –Pórtico con armadura de techo y columnas reticulares para puentes grúas. Pórtico simple Pórtico doble sin pilar central

5 2. Tipos de edificios industriales Clasificación Pórtico doble con pilar central Pórtico con viga reticular Pórtico con armadura de techo y columnas reticulares para puentes grúas.

6 3. Cargas Tipos de carga a considerar en el diseño –Carga muerta –Carga viva –Carga de nieve –Carga de lluvia –Carga de viento –Carga de sismo –Carga de grúa Fatiga Impacto vertical Cargas horizontales Cargas longitudinales Momento flector por excentricidad Fuerzas relacionados con la detención Tipos de cargas

7 4. Diseño de Edificios Industriales Etapas de diseño –Determinar distribución geométrica del edificio –Determinación de las cargas –Diseño preliminar de las columnas que reciben cargas de grúa (si corresponde) –Diseño del techo: armadura y/o viga –Diseño de muros exteriores –Diseñar el pórtico (edificio) ante combinación de cargas –Diseño final: columnas, armaduras, vigas, arriostramientos, detallamiento, chequeo serviciabilidad Diseño

8 4. Diseño de Edificios Industriales Diseño de techos Consideraciones –Resistencia –Peso –Luz (vano) a cubrir –Aislación –Acústica –Estética Estructuración de techos –Cubierta de acero – techos de membrana Plana Inclinada –Armaduras Techos

9 4. Diseño de Edificios Industriales Techos Armadura de techo Viga de acero Cubierta plana Viga armada (reticular) Cubierta inclinada

10 4. Diseño de Edificios Industriales Estructuración de techos viga de acero plana – inclinada. –Cubierta Proveer arriostramiento Prevenir levantamiento del techo Servir como diafragma Armadura –Arriostramiento discreto Estabilidad: rigidez y resistencia Transmitir fuerzas de sismo y viento Techos

11 4. Diseño de Edificios Industriales Propósito de muros exteriores –Proveer protección –Aislación térmica y acústica –Refracción de la luz –Resistencia al fuego Consideraciones en su elección –Costo –Resistencia –Apariencia estética –Resistencia al fuego –Velocidad de instalación/construcción –Mantenimiento –Durabilidad –Desmonte - expansión Muros

12 4. Diseño de Edificios Industriales Sistemas de muros Paneles armados en terreno –Panel exterior – aislación – panel interior Materiales paneles: aluminio corrugado Aislación: fibra de vidrio Paneles armados en fábrica –Panel metálico – aislación – panel interior Materiales paneles: aluminio Aislación: espuma plástica Paneles prefabricados –Panel de concreto – aislación – panel de concreto Aislación: 2 a 6 pulgadas de poliuretano Paneles de concreto: mínimo 2 pulgadas de espesor Formas de los paneles: doble T, paneles perforados –Paneles transmiten/no transmiten cargas –Resistencia al fuego Muros

13 4. Diseño de Edificios Industriales Muros de albañilería –Transmiten fuerzas –No transmiten fuerzas (muro cortina) –Resistencia al fuego Columnas de Viento Diseño económico de vigas- panel –Columnas deben estar arriostradas –Transmisión de cargas de viento Viga-panel Panel interior Panel exterior Aislación Sección del muro Muros

14 4. Diseño de Edificios Industriales Estructuración Edificio Industrial Pórtico rígido –Provee rigidez lateral en el plano del pórtico –Rigidez longitudinal, perpendicular al pórtico, debe ser provista Pórtico arriostrado –Requiere arriostramiento en techo y muros Arriostramiento tipo X o Chevron (V invertida). –Sistema de arriostramiento interfiere Operaciones de planta Futuras expansiones –Pueden resultar más económica que un pórtico rígido Estructuración

15 4. Diseño de Edificios Industriales (1) (4) (2) (3) (5) 1. Pórtico rígido 2. Arriostramiento horizontal en cubierta 3. Arriostramiento vertical 4. Columnas de fachada 5. Arriostramiento de columnas de fachada Estructuración

16 4. Diseño de Edificios Industriales Viga Puente-Grúa Viga puente-grúa Viga puente-grúa Arriostramiento vertical en X viga puente-grúa Columna

17 4. Diseño de Edificios Industriales Diseño Viga Puente-Grúa Factores a considerar –Carga de ruedas –Espaciamiento de las ruedas –Luz o vano de la viga Tipo de viga –Viga laminada –Viga o trabe armada Diseño –Guía de diseño AISC Método ASD y LRFD Método alternativo mixto –Diseño usando método ASD y –Chequear pandeo lateral del alma con método LRFD Viga puente-grúa

18 4. Diseño de Edificios Industriales Método ASD –Calcular inercias ejes x-x e y-y Satisfacer criterio de deflexiones –L/600 a L/1000: deflexión vertical –L/400: deflexión lateral –Posicionar la grúa en la posición mas desfavorable Maximizar momento flector –Calcular momentos flectores M x y M y Incluir efecto de impacto Considerar que la carga lateral es aplicada en el ala superior –Seleccionar una sección en base a M x Incluir efecto de M y aumentando el tamaño de la sección –Chequear sección Viga puente-grúa

19 4. Diseño de Edificios Industriales Viga puente-grúa donde S t = módulo de sección de la parte superior de la sección con respecto al eje y-y –Chequear el pandeo lateral del alma Sección K1.5, especificaciones AISC. Método LRFD –Mismo procedimiento descrito para método ASD –Utilizar especificaciones AISC-LRFD

20 4. Diseño de Edificios Industriales Diseño de Columnas Tipos de columnas Columnas Columna con consola Columna con cambio de sección abrupto Columna compuesta

21 4. Diseño de Edificios Industriales Diseño –Diagrama de momento flector debido a carga de grúa Grado de empotramiento en su base Rigidez relativa con otros elementos estructurales adyacentes Modelo Estructural: Diseño Preliminar –Obtención de diagrama de momento flector debido a carga de grúa –Modelo no considera desplazamiento lateral –Base de la columna con empotramiento perfecto –Estimar rigidez de las columnas para diseño posterior Columnas Efecto de armadura de techo

22 4. Diseño de Edificios Industriales Estimación rigidez columnas –Análisis del edificio industrial Análisis de estructura indeterminada Combinación de cargas Columnas

23 5. Criterios de serviciabilidad En general los códigos de diseño no explicitan límites de serviciabilidad. Límites de serviciabilidad: basados en el propósito del proyecto y experiencia del diseñador Criterios de serviciabilidad: Techos –American Institute of Steel Construccion (AISC, 1989) Altura largueros trabajando a capacidad máxima L (luz)/20 Deflexión largueros soportan estructura de techo (carga de nieve) L (luz)/150 –Steel Deck Institute (SDI, 2000). Carga viva Deflexión cubierta a carga uniforme L (luz)/240) –Steel Joist Institute (SJI, 2002). Carga viva Deflexión viga que soporta techo de yeso L (luz)/360 Limitar deflexiones

24 5. Criterios de serviciabilidad Deflexión viga que soporta techo de cualquier material, excepto de yeso L (luz)/240 –National Roofing Contractors Association (NRCA, 2001) Deflexión cubierta a carga uniforme L (luz)/240 Deflexión cubierta a carga puntual de 300 lb en L/2: L (luz)/240 Deflexión estructura de techo L (luz)/240 –Factory Mutual (FM, 2000) Deflexión cubierta a carga puntual de 300 lb en L/2: L (luz)/200 Criterios de serviciabilidad: Paneles de Metal (Muros) –American Institute of Steel Construccion (Design Guide 7) Deflexión perpendicular a la superficie del muro altura/(60 a 100) Deflexión de vigas y columnas que forman el panel L (luz)/120 Limitar deflexiones

25 5. Criterios de serviciabilidad Criterios de serviciabilidad: Paneles Prefabricados (Muros) –American Institute of Steel Construccion (Design Guide 7) Deflexión de la base del panel altura/100 Criterios de serviciabilidad: Paneles de Albañilería (Muros) –American Institute of Steel Construccion (Design Guide 7). Elementos que soportan la albañilería Deflexión perpendicular a la superficie del muro no reforzado 1/16 in Deflexión perpendicular a la superficie del muro reforzado altura/100 Deflexión de vigas y columnas que forman el panel L (luz)/ in Limitar deflexiones

26 6. Mantención Acceso adecuado para procesos de mantenimiento –Conflicto con el uso del edificio Desmontar equipos o izarlos Toma de radiografías Aislación de zonas por seguridad Mantención cubierta-techo y muros –Acumulación de agua y nieve –Emisiones del proceso industrial –Deterioro de la cubierta –Eliminar humedad de muros Edificios con grúas –Alineamiento de los rieles –Deterioro de la grúa y rieles –Detección y reparación de fisuras por fatiga Consultar Apéndice K, especificaciones AISC Mantención


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