“DISEÑO DE COLUMNAS Y PLACAS”

“Diseño de Elementos de Acero”

Integrantes del equipo:
Didier siu ibarra

Docente:
Ing. Armando Gómez Martínez

Semestre: Grupo:
8vo “A”

Carrera:
Ing. Civil

Tapachula de Córdova y Ordoñez, Chiapas, a 10 de noviembre 2022.

.
 INDICE DE CONTENIDOS

1 JUSTIFICACION ............................................................................................................ 1

2 CONSIDERACIONES GENERALES ............................................................................ 2

3 CARGA CRITICA ............................................................................................................4

4 DISEÑO DE COLUMNAS ..............................................................................................6

5 DISEÑO DE PLACA ....................................................................................................... 8

6 SECCION DE COLUMNA, PLACA .............................................................................. 10

7 CONCLUSION ................................................................................................................. 11

8 REFERENCIA ..................................................................................................................12

9 ANEXOS.......................................................................................................................... 13

DISEÑO DE ELEMENTOS DE ACERO .

Diseño de Columnas y Placa Base
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1 JUSTIFICACION

En el presente punto se realizó con la finalidad de poner en práctica los conocimientos adquiridos

durante el curso para nuestra formación académica como ingenieros civiles en el diseño de columnas

para una nave industrial.

Es necesario conocer los detalles, características y diseños que componen y forman parte de una

nave industrial, una de ellas son las columnas las cuales las diseñaremos con una sección propuesta y

serán revisadas adecuadamente para saber si la columna propuesta es apta para la nave, la columna a

diseñar estará afectada por factores muy importantes que influyen en ella, es aquí donde la materia de

elementos de acero nos familiariza con cada proceso que se lleva a cabo para diseñar o construir cada

estructura que forma parte de una nave industrial.

Pretende que sepamos el proceso de una estructura de nave industrial, sus dimensiones y

características particulares. Dicho proyecto nos ayudara a diseñar los elementos estructurales de acero

aplicando los criterios de diseño con base a las normas actuales, diseñar cada elemento que conforma

una nave industrial de acuerdo a las normas complementarias, diseñar las columnas son parte del

proyecto.

DISEÑO DE ELEMENTOS DE ACERO .

Diseño de Columnas y Placa Base
 Pág. 2

2 CONSIDERACIONES GENERALES

Las columnas son elementos que sostienen principalmente cargas a compresión, en general, las

columnas también soportan momentos flectores con respecto a uno o a los dos ejes de la sección

transversal y esta acción puede producir fuerzas de tensión sobre una parte de la sección transversal,

para efectos del proyecto solamente analizaremos en el eje X.

Esbeltez

Consideraremos también la esbeltez mecánica, también denominada esbeltez, es una

característica mecánica de las barras estructurales o prismas mecánicos que relaciona la rigidez de la

sección transversal de una pieza prismática con su longitud total. Se caracteriza por un parámetro

adimensional que interviene en el cálculo de las tensiones y predice las inestabilidades elásticas de las

barras.

Carga Critica de Pandeo

La carga critica de pandeo es la carga axial máxima que una columna puede soportar sin producir

el pandeo de la misma.

Vamos a analizar la posible inestabilidad de la columna

apoyada de la figura siguiente. Es evidente que la solución trivial de

la pieza consiste en permanecer recta, sin deformación. Sin embargo,

la posible aparición de una flecha y(x), hace que el axil (P) provoque

un momento flector que a su vez puede incrementar la flecha. Para

que la deformación sea posible, debe encontrarse una solución de

equilibrio sobre la pieza deformada, entre los esfuerzos solicitantes y

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Diseño de Columnas y Placa Base
 Pág. 3

la respuesta de la sección. Esta solución de equilibrio es un análisis de segundo orden. El planteamiento

del equilibrio en cualquier sección de la pieza deformada es inmediato:

Momento solicitante: Formulamomento.png

EI: Módulo de elasticidad lineal (o módulo de Young) que depende de las propiedades elásticas

del material, y que supondremos constante

I(x): Momento de inercia de la sección transversal respecto del centro

3.1 Estudio de la pieza de equilibrio

Para que la pieza esté en equilibrio, se debe resolver la ecuación diferencial de segundo orden.

Para resolverla, suponemos que los desplazamientos son pequeños y aproximamos y(x), resolviendo

la ecuación de la curva elástica que proviene del equilibrio de momentos:

Además, se distingue entre los valores de 'esbeltez natural' dependientes sólo de las propiedades

geométricas y mecánicas de la barra y 'esbeltez efectiva' que contabiliza también las condiciones de

enlace o sujeción en los extremos de la barra.

Las naves industriales son inmuebles cuyo objetivo principal es proteger o aislar del medio

ambiente, por la función que realizan, la volumetría, geometría y estructura de las naves se definen

desde el inferior hacia el exterior. En la mayoría de los casos son muy simples, de planta rectangular,

altura interior importante, techos a dos aguas y fachadas cerradas.

Se consideraron factores de suma importancia para nuestro diseño de columna con material tipo

ASTM A36, para la sección utilizamos un perfil HEB-400, la resistencia requerida en comprensión

axial, resistencia disponible en comprensión axial, resistencia requerida en flexión y resistencia

requerida en flexión.

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Diseño de Columnas y Placa Base
 Pág. 4
SELECCIÓN DE MATERIAL

tipos de acero comunmente utilizados en la Construcción

tipo de acero F(y) kg/cm2 F(u)

ASTMM A36 2549.29 4078.86-5608.44
ASTM A572 Gr. 50 3518.02 4588.72
ASTM A588 3518.02 4588.72

3 CARGA CRITICA

Al realizar un cambio en la seccion de columna se utilizara una viga perfil HEM-400

para ello se calcula nuevamente su carga critica

DISEÑO DE COLUMNA
LA SECCION PROPUESTA
MATERIAL TIPO= M A36 GRADO36
E= 2100000.00 kg/cm2
Fy= 2549.29 kg/cm2
L= 900.00 cm
Elemento
P= 10710.00 kg
mecanico
Pu= 14994.00 kg
Fac. carga 1.4 1.5

Fr 0.90

Propuesta
Nombre ERFIL HEB-400
de seccion
A 254.1 cm2
rx= 40 cm
ry= 30 cm
Kx= 1
Ky= 1
λc= 8.6603
Sx= 2800 cm3
Zx= 2800 cm3

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 Pág. 5

CALCULO
Kx L / rx < 200 22.50 Correcto

Ky L / ry < 200 30.00 Correcto

Fe= 40940.77

λc= 0.250 ok

< Fcr= 2483.71 kg/cm2

> Fcr= 36314.47 kg/cm2

Pn= Ag Fcr = 631.11 Ton

= Pn/Ωc, Ωc=1.67 377.91 Ton
Correcto ADS>= 10 Ton

= Pn x Φc, Φc= 0.90 568.00 Ton

= pn/F Carga 420.74 ton
Correcto LRFD > =14.8 ton

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 Pág. 6
4 DISEÑO DE COLUMNAS
Se utiliza la combinación de 1.4CM+1.4CV+1.1Cinst que es la carga de
viento obtenidos por las cargas de viento paralelas a la generatriz.
Obteniendo una carga P=2549.29 kg y un Momento en el eje X de 33,470
kg/m para los porticos internos.
Analisis en marco 2,3,4,5
DISEÑO DE COLUMNA
TIPO ASTMM A36
MATERIAL E= 2100000 kg/cm2
FY= 2549.29 kg/cm2
Pr= 10710 Kg
ELEMENTO
Mrx= 334.7 Kg-cm
MECANICO
Mry= 0 Kg-cm
LRFD 0.90 ADS 1.67
NOMBRE PERFIL HEB-400
A 254.1 Cm2
SECCION
Sx= 2800 CM3
PROPUESTA
Zx= 2800 Cm3
Zy= 0 Cm3
REVISION
Pc= 647774.589 Kg
Mcx= ZxFy 7138012 Kg-Cm
Mcy= ZyFy 0 Kg-cm
Pe= carga critica 420740.17 Kg
0

8/9 0.89

𝑃𝑟
≤ 0.20 0.0165 ok
𝑃𝑐

𝑃𝑟 8 𝑀𝑟𝑥 𝑀𝑟𝑦
+ + ≤ 1.0 0.04 CORRECTO
𝑃𝑐 9 𝑀𝑐𝑟 𝑀𝑐𝑦
𝑃𝑟
≥ 0.20
𝑃𝑐
𝑃𝑟 8 𝑀𝑟𝑥 𝑀𝑟𝑦
+ + ≤ 1.0
2𝑃𝑐 9 𝑀𝑐𝑟 𝑀𝑐𝑦
LRFD
𝑃𝑟
≤ 0.20 OK
𝑃𝑐 0.03
𝑃𝑟 8 𝑀𝑟𝑥 𝑀𝑟𝑦
+ + ≤ 1.0 CORRECTO
𝑃𝑐 9 𝑀𝑐𝑟 𝑀𝑐𝑦
0.03
𝑃𝑟
≥ 0.20
𝑃𝑐
𝑃𝑟 8 𝑀𝑟𝑥 𝑀𝑟𝑦
+ + ≤ 1.0
2𝑃𝑐 9 𝑀𝑐𝑟 𝑀𝑐𝑦

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 Pág. 7

Analisis en marco 1 y 6
DISEÑO DE COLUMNA
TIPO ASTMM A36
MATERIAL E= 2100000 kg/cm2
FY= 2549.29 kg/cm2
Pr= 5355 Kg
ELEMENTO
Mrx= 167.35 Kg-cm
MECANICO
Mry= 0 Kg-cm
LRFD 0.90 ADS 1.67
NOMBRE PERFIL HEB-400
A 254.1 Cm2
SECCION
Sx= 2800 CM3
PROPUESTA
Zx= 2800 Cm3
Zy= 0 Cm3
REVISION
Pc= 647774.589 Kg
Mcx= ZxFy 7138012 Kg-Cm
Mcy= ZyFy 0 Kg-cm
Pe= carga critica 420740.17 Kg
ADS

8/9 0.89

𝑃𝑟
≤ 0.20 0.0083 ok
𝑃𝑐

𝑃𝑟 8 𝑀𝑟𝑥 𝑀𝑟𝑦
+ + ≤ 1.0 0.02 CORRECTO
𝑃𝑐 9 𝑀𝑐𝑟 𝑀𝑐𝑦
𝑃𝑟
≥ 0.20
𝑃𝑐
𝑃𝑟 8 𝑀𝑟𝑥 𝑀𝑟𝑦
+ + ≤ 1.0
2𝑃𝑐 9 𝑀𝑐𝑟 𝑀𝑐𝑦
LRFD
𝑃𝑟
≤ 0.20 OK
𝑃𝑐 0.01
𝑃𝑟 8 𝑀𝑟𝑥 𝑀𝑟𝑦
+ + ≤ 1.0 CORRECTO
𝑃𝑐 9 𝑀𝑐𝑟 𝑀𝑐𝑦
0.01
𝑃𝑟
≥ 0.20
𝑃𝑐
𝑃𝑟 8 𝑀𝑟𝑥 𝑀𝑟𝑦
+ + ≤ 1.0
2𝑃𝑐 9 𝑀𝑐𝑟 𝑀𝑐𝑦

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 Pág. 8
5 DISEÑO DE PLACAS

45

60

y
tf
DATOS DEL PERFIL
d 40 cm
bf 30 cm
tf= 2.25 cm X d
tw= 1.35 cm tw
f'c= 250 kg/cm2
fy= 2549.29 kg/cm2
Fc= 1 1
Cm= 7056 kg
Cv= 3654 kg bf
Cm+Cv= 10710 kg
Mu= 334.7 kg-cm
λn'= 8.66

N= 55.00
B= 41.00
m= 8.50
n= 8.50

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Diseño de Columnas y Placa Base
 Pág. 9
a) Revision de aplastamiento en el concreto
Pc= 479187.50 kg/cm2 pc=.85*F'c*N *B
ADS qa= 4.75 kg/cm2
Ωp= 2.5 Ωp= 1.67
Pn= 191675 tp= 0.67
75000< 191675 P. CORRECT tp''= 3/4

LRFD
φp= 0.6 qa= 4.75 kg/cm2
Pn= 287512.5 Ωp= 0.9
75000< 287512.5 P. CORRECT tp= 1.67
tp''= 0.66 3/4''
b) Revision de las anclas lisas
fy= 1274.645 varilla lisa
fy= 2000 varilla corrugada
Revision de las anclas lisas 60
T=C=Mu/N o B 5.57833333
A= 0.0044
No. Pza= 4
Φ Varilla= 1.5
Acal= 45.60 45
correcto

Revision de las anclas Corrugadas

T=C=Mu/N o B 5.57833333
A= 0.00278917
No. Pza= 4
Φ Varilla= 1
Acal= 20.27
correcto

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Diseño de Columnas y Placa Base
 Pág. 10
6 SECCION EN COLUMNA PLACA

TIPO ASTM A-36

NOMBRE PERFIL HEB-400

DISEÑO DE ELEMENTOS DE ACERO .

Diseño de Columnas y Placa Base
 Pág. 11

7 CONCLUSION

Se puede concluir que las propuestas de diseño para las columnas de nuestra nave industrial

cumplieron, garantizando una metodología de diseño para columnas de acero. Dentro del trabajo

de investigación se describieron los parámetros necesarios para el diseño de columnas de acero los

cuales fueron, la utilización de una cuantía de acero que garantice una correcta fluencia de la

columna ante los esfuerzos sometidos en la misma. Se definió punto a punto la metodología y base

teórica para el análisis y diseño de los diferentes elementos estructurales. La metodología incluye

los diseños a compresión, tensión y flexión, para los elementos en acero y pernos de anclaje. Para

la estructuración de la nave industrial se utilizaron vigas tipo HEM con perfiles tubulares a dos

aguas, los cuales llegaron a cubrir un claro de 30 metros. Las columnas se consideraron con perfiles

tipo HEM que miden 9 metros aproximadamente hasta llegar a las cimentaciones.

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Diseño de Columnas y Placa Base
 Pág. 12

8 REFERENCIAS

Normas Técnicas Complementarias Para Diseño Y Construcción De Estructuras

Gaceta Oficial del Distrito Federal 2004, Normas Técnicas Complementarias para diseño

y Construcción de Estructura Metálica, GDF, México.

NORMAS TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS PARA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN

DE ESTRUCTURAS METÁLICAS

Reglamento Nacional de Edificaciones

DISEÑO DE ELEMENTOS DE ACERO .

Diseño de Columnas y Placa Base
 Pág. 13

ANEXO
S

DISEÑO DE ELEMENTOS DE ACERO .

Diseño de Columnas y Placa Base
 a) Catalago de placa base ACERO A-36 Pág. 14

DISEÑO DE ELEMENTOS DE ACERO .

Diseño de Columnas y Placa Base
HEB · Perfiles estructurales
b) Catalago de vigas HEM
Pág. 15

DIMENSIONES (mm.) TERMINOS DE SECCIÓN

Al Ix Wx ix Iy W iy
y
NOMBRE UM P.T. m/Un h b e e1 h1
M2/M cm4 cm3 cm cm4 cm3 cm
HEB 100 TM 20,91 12/14/15 100 100 6,0 10,0 56 0,567 450 90 4,16 167 33,5 2,53
HEB 120 TM 27,37 12/14/15 120 120 6,5 11,0 74 0,686 864 144 5,04 318 52,9 3,06
HEB 140 TM 34,54 12/14/15 140 140 7,0 12,0 92 0,805 1.510 216 5,93 550 78,5 3,52
HEB 160 TM 43,67 12/14/15 160 160 8,0 13,0 104 0,918 2.490 311 6,78 889 111 4,05
HEB 180 TM 52,48 12/14/15 180 180 8,5 14,0 122 1,037 3.830 426 7,66 1.360 151,4 4,57
HEB 200 TM 62,83 12/14/15 200 200 9,0 15,0 134 1,151 5.696 570 8,54 2.003 200 5,07
HEB 220 TM 73,29 12/14/15/16 220 220 9,5 16,0 152 1,270 8.090 736 9,43 2.843 258 5,59
HEB 240 TM 85,28 12/14/15 240 240 10,0 17,0 164 1,384 11.260 938 10,3 3.923 327 6,08
HEB 260 TM 95,33 12/14/15 260 260 10,0 17,5 177 1,499 14.920 1.150 11,2 5.135 395 6,58
HEB 280 TM 105,58 12/14/15 280 280 10,5 18,0 196 1,618 19.270 1.376 12,1 6.595 471 7,09
HEB 300 TM 119,93 12/14/15 300 300 11,0 19,0 208 1,732 25.170 1.680 13,0 8.563 571 7,58
HEB 320 TM 130,18 12/14/15 320 300 11,5 20,5 225 1,771 30.820 1.926 13,8 9.240 616 7,57
HEB 340 TM 137,35 12/14/15 340 300 12,0 21,5 243 1,810 36.660 2.160 14,6 9.690 646 7,53
HEB 360 TM 145,55 12/14/15 360 300 12,5 22,5 261 1,849 43.190 2.400 15,5 10.140 676 7,49
HEB 400 TM 158,88 12/14/15 400 300 13,5 24,0 298 1,927 57.680 2.884 17,1 10.820 721 7,40
HEB 450 TM 175,28 12/14/15 450 300 14,0 26,0 344 2,026 79.890 3.550 19,1 11.721 781 7,33
HEB 500 TM 191,68 12/14/15 500 300 14,5 28,0 390 2,125 107200 4287 21,19 12620 841,6 7,27
HEB 550 TM 203,98 12/14/15 550 300 15 29,0 438 2,224 136700 4971 23,2 13080 871,8 7,17
HEB 600 TM 217,30 12/14/15 600 300 15,5 30,0 486 2,323 171000 5701 25,17 13530 902 7,08
HEB 650 TM 230,63 12/14/15 650 300 16 31,0 534 2,422 210600 6480 27,12 13980 932,3 6,99
Perfiles estructurales · HEB

HEB 700 TM 247,03 12/14/15 700 300 17 32,0 582 2,520 256900 7340 28,96 14440 962,7 6,87
HEB 800 TM 268,55 12/14/15 800 300 17,5 33,0 674 2,713 359100 8977 32,78 14900 993,6 6,68
HEB 900 TM 298,28 12/14/15 900 300 18,5 35,0 770 2,911 494100 10980 36,48 15820 1050 6,53

DISEÑO 1D 000E300 E1L

*Consultar p a ra o tras me didas
HEB 1000 TM 321,85 12/14/15 9 E36M
,0 E
86N
8T3,1O
10S
6447D
00 E
12890A4C
0,1E
5 1R
62O
.80 1085 6,38
*Consultar para otraD
simes
dide
asño de Columnas y Placa Base
** Calidad S275 JR, otras calidades consultar.
Grupo Hierros Alfonso 13