¿Qué es el cálculo de estructuras prefabricadas?

Las estructuras prefabricadas de hormigón armado se construyen uniendo en obra columnas, vigas, correas y paneles fabricados en planta. En las naves industriales de una planta y grandes luces, las vigas de cubierta suelen conectarse a las columnas mediante pasadores, se emplean vigas en cercha cuya sección varía a lo largo de su altura y la cubierta puede no comportarse como una losa rígida.

El Capítulo 8 de TBDY 2018 define el diseño de las conexiones en estas estructuras y el Anexo 8B el modelado del plano de cubierta con diagonales equivalentes, mientras que 4.3.6 establece coeficientes de sistema resistente distintos para las partes superior e inferior en edificios con entrepiso intermedio. En naves con puente grúa, las cargas de la grúa; en los paneles de fachada, las fuerzas sísmicas del Capítulo 6; y el deslizamiento en la cimentación forman también parte del diseño.

StatiCAD conecta estos requisitos con el flujo de análisis general mediante herramientas específicas para edificios prefabricados: las conexiones se diseñan con las fuerzas obtenidas del análisis y cada cálculo genera un registro que entra en el informe de cálculo.

¿Qué hace StatiCAD en estructuras prefabricadas?

Todo el flujo de una nave industrial prefabricada, desde el modelado hasta el diseño de conexiones.

Secciones variables y prefabricadas

  • Vigas de sección variable (nonprismatic): la sección que cambia a lo largo de su longitud se define en una sola barra, con la variación real de rigidez
  • Variación de rigidez lineal, parabólica y cúbica; viga de cubierta a dos aguas
  • Plantillas de sección paramétricas: Precast I, Precast T, Precast U, cajón y trapecio
  • Exportación a SAP2000 con las definiciones de las secciones prefabricadas

Conexiones con pasador y diafragma de cubierta

  • Articulación de los extremos de las vigas seleccionadas con un solo comando (M2 + M3)
  • Anexo 8B de TBDY: modelado de cubiertas de chapa trapezoidal o de panel sándwich con pares de diagonales equivalentes
  • Rigidez axial equivalente, capacidad de fuerza de las diagonales y condiciones de aplicabilidad
  • Opciones de diafragma rígido o semirrígido; solución exacta con diafragma rígido en cubiertas con miles de nudos

Puente grúa y masas adicionales

  • Fuerzas de diseño de la viga carril a partir de las reacciones de las ruedas
  • Escritura automática en las columnas de la fuerza vertical, la fuerza horizontal y el momento de excentricidad
  • Definición automática de las cuatro cargas de grúa (X+, X−, Y+, Y−)
  • Introducción de las masas del panel de fachada y del puente grúa únicamente como masa sísmica

R y D distintos (TBDY 4.3.6)

  • Coeficientes distintos de comportamiento y de sobrerresistencia para la parte inferior en edificios con entrepiso intermedio
  • Cálculo automático del coeficiente ν a partir de los pesos de los pisos o introducción manual
  • Esfuerzos internos de la parte inferior, cálculos de capacidad a cortante y derivas relativas de piso con las correcciones del código

Diseño de conexiones (TBDY Capítulo 8)

  • Conexión articulada con pasador: volcamiento, armadura de espera y cortante del pasador
  • Conexión resistente a momento, húmeda arriba y soldada abajo: armadura de continuidad, soldadura y capacidades a momento
  • Conexiones de correas y canalones: cortante por fricción del pasador, soldadura en ángulo y pandeo de la correa
  • Las demandas se toman con un solo clic de los resultados del análisis de la viga seleccionada

Panel de fachada, deslizamiento en cimentación y armadura de vigas

  • Carga sísmica equivalente del panel de fachada (TBDY Capítulo 6)
  • Comprobación del deslizamiento en la cimentación (TBDY 16.8.4)
  • Cálculo automático de la armadura en vigas de hormigón armado de sección poligonal, prefabricada y variable
  • Dibujos de secciones de vigas con el contorno real de la sección, el recubrimiento y la disposición de la armadura

¿Cómo funciona?

  1. Defina las secciones: columnas rectangulares, plantillas prefabricadas y vigas de cubierta de sección variable.
  2. Dibuje las columnas y las vigas; articule con un solo comando las vigas de cubierta, las correas y los canalones.
  3. Defina el diafragma de cubierta; en cubiertas de chapa trapezoidal o de panel sándwich genere las diagonales equivalentes del Anexo 8B.
  4. Introduzca las cargas del puente grúa y las masas del panel de fachada y de la grúa; en edificios con entrepiso intermedio, ajuste R y D distintos.
  5. Ejecute el análisis; diseñe las conexiones con las fuerzas del análisis y obtenga el informe.

Informes

Los cálculos de prefabricados se añaden al informe de cálculo general:

  • Página «Diseño de conexiones prefabricadas (TBDY Capítulo 8)»: demanda, capacidad, relación y resultado de cada conexión
  • Resumen de datos de entrada y resultados intermedios de cada registro, con las fuentes de demanda y capacidad
  • Definiciones de secciones variables en los informes de secciones
  • Armadura de las vigas poligonales y de sección variable en los dibujos de despiece y en las mediciones
  • Informe en turco o inglés

Verificación

Las funciones de prefabricados se han desarrollado y comparado con el edificio de ejemplo (40×75 m, con entrepiso intermedio y puente grúa de 200 kN) del libro «Análisis y diseño según TBDY-2018 de una nave industrial de hormigón armado preindustrializado» de la Asociación Turca de Prefabricados.

Los cálculos del Anexo 8B, del puente grúa, de R y D distintos, de las conexiones, del panel de fachada y del deslizamiento en la cimentación se han comparado con los ejemplos numéricos del libro; salvo en los puntos donde el programa aplica el código del lado de la seguridad, los resultados coinciden exactamente. Cuando el mismo modelo de elementos finitos se construyó de forma independiente en SAP2000 v27, los periodos coincidieron dentro del 1 %.

Detalles de los estudios de verificación (Base de conocimientos)

Códigos y normas

TBDY 2018 Capítulo 8 TBDY 2018 Anexo 8B TBDY 2018 4.3.6 TBDY 2018 Capítulo 6 TBDY 2018 16.8.4 TS 500
¿En qué versión? Las herramientas de prefabricados (diseño de conexiones, diagonales del Anexo 8B, cargas de puente grúa, R y D distintos, plantillas prefabricadas) están disponibles en StatiCAD Ultimate. La definición de sección variable está disponible en todas las versiones.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se modela una viga de cubierta de sección variable?

La viga se define como una sola barra con una sección que cambia a lo largo de su longitud: se introducen las secciones inicial y final, las longitudes de los tramos y la forma de variación de la rigidez (lineal, parabólica, cúbica). Una viga de cubierta a dos aguas se define con dos tramos. El análisis, la exportación a SAP2000 y el cálculo de armadura utilizan la sección variable de forma automática.

¿Debe considerarse rígido el diafragma de cubierta?

La hipótesis por defecto es el diafragma rígido. En cubiertas de chapa trapezoidal o de panel sándwich, según el Anexo 8B de TBDY, la rigidez a cortante del plano de cubierta puede modelarse con pares de diagonales equivalentes. En ese caso se recomienda ejecutar también la solución con diafragma rígido a efectos de comparación.

¿Cómo se definen las cargas del puente grúa?

Se introducen las reacciones de las ruedas de la tabla del fabricante, la separación entre ruedas, el factor dinámico y la luz de la viga carril. El programa calcula las fuerzas de diseño de la viga carril, define las cuatro cargas de grúa y escribe en las columnas seleccionadas las cargas vertical, horizontal y de excentricidad. Las combinaciones de carga que incluyen la grúa las define el usuario.

¿Debo introducir las fuerzas a mano para el cálculo de conexiones?

No es necesario. Tras el análisis, seleccione una viga y, con el botón «Tomar de la viga seleccionada», las fuerzas del extremo correspondiente de la viga se transfieren a la ventana de conexión. Cada cálculo genera un registro de conexión y entra en el informe.

¿En qué versión de StatiCAD está disponible?

Las herramientas de prefabricados están disponibles en StatiCAD Ultimate; la definición de sección variable está disponible en todas las versiones. Los datos de prefabricados de un proyecto preparado en Ultimate se conservan en el archivo.

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