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Edificios industriales con

estructura de acero

Juan Felipe Beltrán

Departamento Ingeniería CivilUniversidad 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


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ContenidoEdificios industriales de acero

•

Definición• Tipos de edificios industriales

• Cargas

• Diseño de edificios industriales

• Criterios de serviciabilidad• Mantención


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Clasificación2. 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 parapuentes grúas.

Pórtico simplePórtico doble sin pilar central


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2. Tipos de edificios industriales Clasificación

Pórtico doble con pilar centralPórtico con viga reticular

Pórtico con armadura de techo y columnas

reticulares para puentes grúas.


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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


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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


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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


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4. Diseño de Edificios Industriales Techos

Armadura de techo

Viga de acero

Cubierta plana

Viga armada (reticular)

Cubierta inclinada


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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


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• 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


– Velocidad de instalación/construcción

– Mantenimiento

– Durabilidad – Desmonte - expansión

Muros


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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


Muros


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• Muros de albañilería

– Transmiten fuerzas

– No transmiten fuerzas (muro

cortina)


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


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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


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(1)

(1)

(1)

(4)

(4)

(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


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Viga Puente-Grúa

Viga

puente-grúa

Viga puente-grúa

Arriostramiento vertical

en X viga puente-grúa

Columna


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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


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• 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 Mx y My• Incluir efecto de impacto

• Considerar que la carga lateral es aplicada en el ala superior

– Seleccionar una sección en base a Mx• Incluir efecto de My aumentando el tamaño de la sección

– Chequear sección

Viga

puente-grúa


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0.1//

by

t y

bx

x x

F S M

F S M

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


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Diseño de Columnas• Tipos de columnas

Columnas

Columna con

consolaColumna con cambio de

sección abrupto

Columna

compuesta

Columna

compuesta

f


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• 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

4 Di ñ d Edifi i I d i l C


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• Estimación rigidez columnas

– Análisis del edificio industrial

• Análisis de estructura indeterminada

• Combinación de cargas

Columnas

5 C it i d i i bilid d Li it d fl i


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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



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• 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



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• 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)/120 ≤ 1.5 in

Limitar deflexiones

6 M t ió M t ió


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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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