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Manual de Diseño de estructuras para arquitectura


 









Manual de Diseño de estructuras para arquitectura

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Índice del Manual de Diseño de estructuras para arquitectura


Introducción
CAPÍTULO I
EL DISEÑO ESTRUCTURAL
Propiedades estructurales básicas
Principales materiales estructurales
Elementos estructurales básicos
Elementos lineales
Elementos planos
Elementos de superficie curva
Principales sistemas estructurales
Sistemas formados por barras
Sistemas a base de placas
Otros sistemas estructurales
Sistemas de piso
Sistemas para edificios de varios pisos
CAPÍTULO II
CONCRETO REFORZADO
Introducción
Características de los materiales
Concreto
Acero de refuerzo
Diseño de estructuras de concreto
Características, acción y respuesta de los elementos de concreto
El dimensionamiento de elementos de concreto reforzado
Diseño por estados límite (Reglamento de Construcciones del Distrito Federal)
Carga axial
Notación
Ag (cm2): área total de la sección
Ac (cm2): área del núcleo de concreto confinado por el refuerzo helicoidal.
f’c (kg/cm2): resistencia del concreto
fy (kg/cm2): esfuerzo de fluencia del concreto (4200 más común en México)
As (cm2): área de acero del refuerzo longitudinal
Ps (adimensional): cuantía volumétrica del refuerzo helicoidal
Ae (cm2): área del alambre helicoidal
s (cm): paso
d (cm): diámetro del elemento
dn (cm): diámetro del núcleo
Fórmulas
Concreto simple
Concreto con refuerzo longitudinal y recubrimiento
Concreto simple con refuerzo helicoidal, sin recubrimiento
Concreto con refuerzo longitudinal y helicoidal, con recubrimiento
Datos estructurales del edificio
Tensión
Notación
Ft (kg): resistencia del concreto a la tensión
f´c (kg/cm2): resistencia del concreto
Ag (cm2): área total de la sección
As (cm2): área de acero
fy (kg/cm2): esfuerzo de fluencia del acero
Fras: factor de reducción para el acero en tensión (0.90)
Flexión simple
Notación
f´c (kg/cm2): resistencia del concreto
fy= (kg/cm2): esfuerzo de fluencia del acero
Mn= (kg-m ó kg-cm): momento nominal
Mr (kg-m ó kg-cm): momento resistente
b (cm): base de la sección
d (cm): peralte efectivo de la sección
q (adimensional): índice del refuerzo
p (adimensional): cuantía de acero
As (cm2): área de acero
Fr (adimensional): factor de reducción de resistencia
Cortante
Notación
f´c (kg/cm2): resistencia del concreto
fy= (kg/cm2): esfuerzo de fluencia del acero
b (cm): base de la sección
d (cm): peralte efectivo de la sección
p (adimensional): cuantía de acero
As (cm2): área de acero
Fr (adimensional): factor de reducción de la resistencia (0.80)
Vc (kg): resistencia nominal a cortante del concreto
Vcr (kg): resistencia de diseño a cortante del concreto
Vsr (kg): resistencia de diseño a cortante del acero
Vcsr (kg): resistencia total de diseño (concreto y acero)
s (cm): separación entre estribos
Diseño por viento
Notación
Cd: factor de forma (-1.75)
K: factor correctivo (1.20)
V (km/h): velocidad del viento
p (kg/m2): presión del viento
Vd (km/h): velocidad de diseño
Cimentaciones superficiales (mampostería)
Notación
w(kg/m): carga lineal sobre el cimiento
fr (kg/cm2): capacidad de carga del terreno
k (kg/cm2): esfuerzo unitario del mortero (1.0)
c (cm): corona del cimiento
b (cm): base del cimiento
v (cm): vuelo del cimiento
p (cm): profundidad del cimiento
CIMIENTOS DE CONCRETO
B= base del cimiento
H= profundidad del cim
P= peso sobre la cimentación p
Rt= resistencia del terreno
b= ancho del muro
CIMENTACIÓN (Zapatas)
Notación
f´c (kg/cm2): resistencia del concreto
fy (kg/cm2): esfuerzo de fluencia del acero
P (ton): carga total sobre la zapata
qa (ton/m2): capacidad de carga del terreno
Af (m2): área efectiva de la zapata
c (cm): distancia del borde de la columna o muro al de la zapata
d (cm): peralte efctivo
h (cm): altura de la sección
r (cm): recubrimiento del refuerzo
As (cm2): área de acero
l (mts): lado de la zapata
lc (cm): lado de la columna
Cimentaciones profundas
SUBSTITUCIÓN
Pe= peso total del edificio
Ae= área toral del edificio (en la planta baja)
Pt= peso del metro cúbico de tierra (1.5 ton para la ciudad de México)
h= altura de al cimentación substituida
PILAS
f= diámetro del fuste en cm
ATi= área tributaria por piso
n= número de pisos
PILOTES
Losas (una dirección)
Introducción.
Notación
f´c (kg/cm2): resistencia del concreto
fy (kg/cm2): esfuerzo de fluencia del acero
w (kg/m2): carga total sobre la losa
d (cm): peralte efectivo
h (cm): altura total de la sección
r (cm): recubrimiento del refuerzo
M- (kg-m): momento negativo
M+ (kg-m): momento positivo
l (cm): largo de la sección
Fr (adimensional): factor de reducción (0.9)
. (adimensional): constante
p (adimensional): cuantía de acero
pmin (adimensional): cuantía mínima de acero
As (cm2): área de acero
Asmin (cm2): área mínima de acero
s (cm): separación del refuerzo
Ascontr (cm2): área de acero por contracción
scontr (cm): separación del refuerzo por contracción
Fórmulas
LOSAS (dos direcciones)
Vigas
Notación
f´c (kg/cm2): resistencia del concreto
fy (kg/cm2): esfuerzo de fluencia del acero
fs (kg/cm2): esfuerzo permisible del acero (0.6fy)
Pb (adimensional): porcentaje balanceado de acero
p (adimensional): porcentaje de acero (0.5Pb)
K (adimensional): valor de la gráfica (Mu/bd2)
b (cm): base de la sección
d (cm): peralte efectivo de la sección
h (cm): altura total de la sección (d+r)
Mu (kg-m o kg-cm): momento último resistente
As (cm2): área de acero
r (cm): recubrimiento del refuerzo
Vc (kg): esfuerzo cortante real
Vcr (kg): esfuerzo cortante resistente
s (cm): separación del refuerzo transversal
Fr (adimensional): factor de reducción (0.9)
Av (cm2): área de la varilla
VIGAS HIPERESTÁTICAS
Método de Cross
Columnas
Notación
Mu (ton-m): momento último en la columna
Pu (ton): peso último en la columna
f´c (kg/cm2): resistencia del concreto
fy (kg/cm2): esfuerzo de fluencia del acero
p (adimencional): cuantía del acero (0.025)
r (cm): recubrimiento del refuerzo
ea (cm): excentricidad accidental
d (cm): lado de la sección interna
h (cm): lado mayor de la sección externa
b (cm): lado menor de la sección externa
Fr (adimensional): factor de reducción (0.75)
As (cm2): area de acero (0.025)
de (cm): diámetro del estribo
db (cm): diámetro del refuerzo longitudinal
I (cm4): momento de inercia de la sección
E (cm3): módulo de elasticidad del concreto
CAPÍTULO III
ESTRUCTURAS DE ACERO
Introducción
Grandes alturas
Grandes claros
Máximo aprovechamiento del área
Reducido peso de la estructura en relación con su capacidad de carga
Tiempo reducido de ejecución al utilizar elementos prefabricados
Facilidad de montaje
Posibilidad de demostrar la estructura
Ventajas y Desventajas
Principios generales de diseño de estructuras metálicas
Clasificación de las estucturas metálicas
Miembros estructurales y conexiones
Tensión
Compresión
Notación
Rc (kg): resistencia a la compresión
At (cm2): área total de la sección transversal
n (adimensional): coeficiente para determinar la resistencia de miembros comprimidos (1.0)
(adimensional): parámetro de esbeltez de una columna
K (adimensional): factor de longitud efectiva de columnas (1.0)
Kl/r (adimensional): relación de esbeltez de una columna
(Kl/r)´c (adimensional): relación de esbeltez de columnas comprimidas axialmente que separan los intervalos de pandeo elástico e inelástico
l (cm): longitud libre de una columna
r (cm): radio de giro
E (kg/cm2): módulo de elasticidad del acero (2,040,000)
Flexión
Notación
L (cm): distancia entre puntos del patín comprimido de una viga soportada lateralmente.
Lu (cm): longitud máxima no soportada lateralmente, para la que un miembro en flexión puede desarrollar todavía el momento plástico.
Mr (kg-cm): resistencia de diseño a flexión.
Fr (adimensional): factor de reducción de la resistencia (0.9)
Z (cm3): módulo de sección plástico (manual)
fy (kg/cm2): esfuerzo de fluencia del acero (2530)
S (cm3): módulo de sección elástico (manual)
Qs (adimensional): factor de reducción de la resistencia en compresión de elementos planos no atiezados (1.0)
Se (cm3): módulo de sección elástico efectivo de secciones cuyo patín comprimido es tipo 4 y está compuesto por elementos planos atiezados
b ó bf (cm): base de la sección (manual)
t ó tf (cm): grueso del patín de la sección
Mu (kg-m): momento resistente nominal de una sección
Mp (kg-cm): momento plástico resistente nominal de un miembro en flexión
J (cm4): constante de torsión de Sain Venant (manual)
I (cm4): momento de inercia (manual)
E (kg/cm2): módulo de elasticidad del acero (2,040,000)
C (adimensional): coeficiente que depende de la ley de variación del momento flexionante a lo largo del eje de una barra en flexocompresión (1.0)
Ca (adimensional): coeficiente que interviene en el cálculo del área de atiezadores en trabes arma-das (secciones I o H= 1.0, y las demás= 0.0)
My (kg-cm): momento correspondiente a la iniciación de la fluencia en una sección
Xu: coeficiente adimencional
G (kg/cm2): módulo de elasticidad al esfuerzo cortante del acero (784,000)
d (cm): peralte (manual)
r (cm): radio de giro (manual)
Cortante
Notación
Vr (kg): resistencia de diseño a cortante
Vn (kg): resistencia nominal a cortante
t o tf (cm): grueso del alma (manual)
b o tw (cm): peralte del alma (manual)
K (adimensional): coeficiente que interviene en el cálculo de la resistencia al cortante de almas de vigas y trabes armadas
Aa (cm2): área del alma de una trabe
a (cm): distancia entre atiezadores transversales en una trabe
h o T (cm): peralte del alma
CAPÍTULO IV
ESTRUCTURAS DE MADERA
Maderas estructurales
Coníferas
Latifoliadas
Madera contrachapeada
Valores especificados de resistencias ymódulos de elasticidad de madera de especies coníferas
Valores especificados de resistencias y módulos de elasticidad de madera de especies latifoliadas
Valores especificados de resistencias y módulos de elasticidad y módulo de rigidez de madera contrachapeada de especies coníferas
Factores de reducción de resistencia para madera maciza y contrachapeada
Tensión
Notación
Tr (kg): resistencia de diseño a la tensión
Fr (adimensional): factor de resistencia
f´tu (kg/cm2) Esfuerzo en tensión paralelo a la fibra
An (cm2): área neta del miembro
At (cm2): área total
Ap (cm2): área de perforaciones
s (cm): paso
g (cm): gramil
Compresión
Notación
Pr (kg): resistencia a compresión de un miembro
Fr (adimencional): factor de reducción
f´cu (kg/cm2): esfuerzo de compresión paralelo a la fibra
A (cm2): área total de la sección
Pcr (kg): carga crítica de pandeo
E (kg/cm2): módulo de elasticidad del tipo de madera
K (adimensional): factor para determinar la longitud de columnas (1.0)
Lu (cm): longitud libre de columna
Kd (adimensional): factor de modificación por duración (1.33)
Kc (adimensional): factor de modificación por compartición de carga (0.90)
Kh (adimensional): factor de modificación por humedad (0.80)
Flexión
Notación
Mr (kg-cm): momento resistente a flexión
Fr (adimensional): factor de reducción
f´fu (kg/cm2): esfuerzo a la flexión
s (cm3): módulo de sección
F (adimensional): factor de estabilidad lateral
Cs (adimensional): factor de esbeltez
Ck (adimensional): factor de esbeltez crítico
Lu (cm): largo efectivo del elemento
Cortante
Notación
Vr (kg): resistencia de diseño a cortante
f´vu (kg/cm2): esfuerzo nominal a cortante del material
A (cm2): área de la sección
Ejercicios finales
Nave industrial en Tuxpan.
Caracteísticas del muelle
Proyecto arquitectónico
CORTE Y PERSPECTIVA
MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL (Acero)
Memoria de cálculo estructural
Cálculo de columnas de esquina, de borde y central, 3 x 7 pisos = 21 columnas
Cálculo de trabes de esquina, borde y central de entrepisos y azotea= 6 trabes
Losas de concreto, esquina, borde y central, de entrepisos y azoteas= 6 losas
Cálculo de tipo de cimentación= mixta substitución-losa-pilotes.
Procedimiento
Cálculo de losas
Cálculo de peso de losas
Trabes
Bajada de cargas p/columnas
Cálculo de columnas
Cálculo de peso del edificio
Cálculo de cimentación
Anexos
Pesos volumétricos de los materiales
Arenisca (chilucas y canteras)
Basaltos (piedra braza)
Granito
Mármol
Riolita
Pizarras
Tepetates
Tezontles
Caliza
Arena de grano de tamaño uniforme
Arena bien granulada
Arcilla típica del valle de México
Caliche
Concreto simple con agregados de peso normal
Concreto reforzado
Mortero de cal y arena
Mortero de cemento arena
Aplanado de yeso
Tabique macizo hecho a mano
Tabique macizo prensado
Bloque hueco de concreto ligero
Bloque hueco de concreto
Bloque hueco de concreto prensado
Vidrio plano
Caoba, encino y Pino
Cedro
Oyamel
Azulejo
Mozaico de pasta
Granito o terrazo de 30 x 30
Loseta asfáltica
Diámetros, pesos y áreas de varillas
Valores máximo admisibles de la relación ancho/grueso (flexión)
Porcentajes de Refuerzo para Secciones Rectangulares
Momentos flexionantes y cortantes en vigas y losas
GLOSARIO
Bibliografía

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