Manual Basico Sap2000 v10

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DEPARTAMENTO DE ESTRUCTURAS DE EDIFICACINESCUELA TCNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA DE MADRID UNIVERSIDAD POLITCNICA DE MADRID

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6 de septiembre de 2007

Anlisis lineal de prticos planos mediante el programa SAP 2000

1 _ SAP 2000Sap 2000 es un programa muy completo de anlisis y dimensionado de estructuras. Cuenta con un exhaustivo tutorial que incluye ejemplos de cmo se calculan algunas estructuras estndar. Es aconsejable dedicarle unos minutos para ver otros procedimientos recogidos ms all de este pequeo manual, enfocado exclusivamente para facilitar el trabajo de los alumnos en el anlisis lineal de prticos planos.

2 _ Versiones disponiblesExisten varias versiones de SAP 2000, con diferencias significativas entre algunas de ellas. SAP 2000 v.6: versin libre con limitacin de 100 nudos. Utiliza el punto como smbolo decimal en lugar de la coma. Para lograr un buen funcionamiento de la misma ser necesario cambiar la Configuracin Local de Windows a travs de Panel de Control Configuracin Regional, e intercambiar la coma por el punto. Cabe mencionar que esta versin no permite representar grficamente envolventes de solicitaciones. Disponible en disquetes en el Centro de Clculo [Carpeta Compartidos \ Utilidades]. SAP 2000 v.7: Disponible en CD una versin educativa, con limitacin de 30 nudos. SAP 2000 v.8, v.9 y v.10: versiones muy similares entre s. La versin SAP 2000 v.10 est disponible para el libre uso de los alumnos en el Aula de Estructuras del Centro de Clculo de la ETSAM, con 20 licencias en red. El presente ejemplo se ha elaborado a partir de la versin SAP 2000 v.9. Las diferencias ms significativas con las versiones 6 y 7 se han procurado recoger en las correspondientes llamadas (*). No obstante, conviene mencionar que pueden aparecer pequeas diferencias de terminologa en los mens y submens, dependiendo de la versin que se use.

EJEMPLO DESARROLLADOPrtico de hormign armado con uso residencial de dos alturas de 3.00 m cada una, con 3 vanos de 4.00 m en planta primera, y 2 vanos de 4.00 m y un voladizo de 2.00 m en planta segunda. Todos los soportes son cuadrados de seccin 350 x 350 [mm]. Ambas vigas son de canto, de seccin 600 x 350 [mm]. Acciones sobre el prtico en ambas plantas: Permanentes: 50 kN/m Variables: 20 kN/m Viento: 12 kN Control de ejecucin de la estructura normal.

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3 _ Geometra estructura.

de

la

Una vez arrancado el programa, el primer paso consistir en definir el sistema de unidades en el que se desea trabajar. En la parte inferior derecha de la pantalla aparece un listado desplegable en el que se pueden escoger. En este caso se elegir la opcin KN, m, C.

Seguidamente, se proceder a crear una nueva estructura. Para ello existen diversos mtodos, pero para empezar lo haremos desde un modelo predefinido, a modo de plantilla. Para ello, basta elegir del men File la opcin New model y seleccionar la opcin de prtico plano [2D Frames].*A partir de la versin 8 en adelante es posible elegir el sistema de unidades tambin desde esta ventana. *En versiones antiguas [SAP 6/7], la New opcin a escoger deber ser File Model from Template

En el cuadro de dilogo que aparece a continuacin se introduce el nmero de plantas [Stories] y el nmero de vanos [Bays] del prtico, as como la altura de aqullas y la luz de stos. En el ejemplo, se propone comenzar desde una plantilla con un prtico de 2 plantas de 3 metros de altura, y 3 vanos de 4 metros de luz.

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Tras pulsar OK se habr generado un prtico plano de tres vanos de 4 metros de luz y dos alturas de 3 metros cada una. Este es un buen momento para grabar la estructura y asignarle un nombre al archivo.

Se procede a continuacin a adaptar la estructura generada automticamente, a la situacin real de proyecto. Para eliminar una barra se selecciona con el botn izquierdo y se pulsa la tecla suprimir. De este modo, se procede a suprimir el soporte extremo de la segunda planta.

A continuacin, se introduce una lnea de malla en medio del vano extremo derecho, y as se obtiene una referencia para introducir ms adelante el voladizo: 1. Define Systems / Grids 2. Escoger Modify/Show System Coordinate GLOBAL _

3. Se introduce la coordenada donde se desea aadir una lnea de malla y se marca la opcin Glue to Grid Lines*SAP 6/7: Draw -> Edit Grid Nota: Las lneas de malla son meramente lneas auxiliares de apoyo; no tienen sentido estructural alguno

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Para desplazar un nudo o una barra se emplea la herramienta reshape, localizada en la barra de herramientas izquierda [ver figura], o en el Men Draw. Se selecciona el nudo superior extremo, y se desplaza hasta la interseccin de la malla con la coordenada x = 4 [creada en el paso anterior].

Por ltimo, coacciones.

se

definen

las

Para ello, se seleccionan los nudos en los que se han de definir [en el caso del prtico plano del ejemplo se seleccionan los cuatro apoyos]. Para asignar las coacciones se abre el men Assign Joint Restraints y se coartan los desplazamientos y giros que correspondan. Tambin se puede escoger entre uno de los casos predefinidos. En este caso, se escoge el icono del empotramiento dentro de las Fast Restraints disponibles.

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4 _ Definicin materiales.

de

los

En el men Define se encuentra la opcin Materials que permite definir las propiedades fsicas del material de la estructura. Por defecto se hallan definidos acero, hormign y aluminio, pero pueden crearse nuevos materiales con las caractersticas que se deseen [opcin Add New Material]. Tambin pueden variarse las caractersticas de los materiales que aparecen por defecto [opcin Modify/Show Material]

5 _ Definicin y asignacin de secciones de barras.En el men Define se encuentra la opcin Frame Sections, que permite definir las diferentes secciones a emplear en la estructura. Del men desplegable inferior se escoge la opcin Add Rectangular para aadir una nueva seccin rectangular. Seguidamente se hace clic en el botn Add New Property. [*Obviar este ltimo paso sise trabaja con la versin SAP 6/7]

En este caso se aaden dos secciones: VIGA de 600 mm de canto [depht] y 350 mm de ancho [width] SOPORTE de 350 mm de canto [depht] y 350 mm de ancho [width]

Nota: Si se tienen dudas de cmo orientar correctamente una seccin, lase el apartado 6 [Ejes locales y generales].

No olvidar escoger siempre la opcin correcta del men desplegable Material. En este caso, CONC. Para asignar a cada barra el tipo de seccin que le corresponde, se seleccionan primero, y se escoge la opcin Assign Frame Frame Sections. Volver a aparecer el cuadro de dilogo de las secciones y se optar por la correspondiente. Cada barra aparecer con una leyenda que indica la seccin asignada.

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6 _ Ejes generales y localesSAP distingue entre: 1. Ejes generales, que designa con las letras X, Y, y Z. 2. Ejes locales de barra, que designa con los nmeros 1, 2 y 3. Los ejes con respecto a los que se representarn las solicitaciones [por ejemplo, Moment M3] hacen referencia a los ejes locales de la barra. Si se desea comprobar los mismos, se pincha el icono con un tick [*cuadrado con aspa en versiones antiguas] situado en la barra de herramientas superior. Aparecer un cuadro de dilogo donde se muestran algunas opciones para representar en pantalla. Entre ellas se encuentra la de mostrar los ejes locales para los elementos tipo barra [Frames/Cables/Tendons]. Eje local 1: Rojo. Direccin de la barra. Eje local 2: Blanco. Direccin perpendicular a la de la barra, y contenida en el plano XZ global. Si la barra es perpendicular al plano XZ, la direccin del eje local 2 ser la del eje Z global. Eje local 3: Azul. Direccin perpendicular al plano que forman los ejes locales 1 y 2.

Una forma intuitiva de ver si se han orientado correctamente las secciones, puede ser activar la casilla de Extrude View del men Set Display Options [cuadrado con tick de la barra de herramientas superior], con lo que las barras se representarn con sus verdaderas dimensiones.*SAP 6/7 La opcin a escoger ser Show Extrussions, que se encuentra pinchando en el icono del cuadrado con el aspa, situado en la barra de herramientas superior. Nota: Puede cambiarse la vista a 3D pinchando en el icono 3D de la barra de herramientas superior. Para personalizar las opciones de vista 3D acceder al men View Set 3D View

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7 _ Definicin hiptesis de carga.

de

las

stas se definen en el men Load Cases. Define Se propone aadir tres hiptesis de carga: G [Permanente], Q [Variable] y W [Viento]. El coeficiente Self weight Multiplier indica si se tendr en cuenta el peso propio de la estructura en cada hiptesis. Se propone definir como 0 en todas las hiptesis, de modo que al introducir el valor de la carga permanente, se deber introducir expresamente el valor del peso propio.

8 _ Asignacin de valores de las acciones.

los

Comenzando por las acciones en barras, se debe tener seleccionada la/s barra/s sobre las que se desea aplicar las acciones; se abre el men Frame/Cable/Tendon Assign Distributed Loads*En las versiones SAP 6/7, la opcin ser Assign Frame Static Loads Point and Uniform.

En el cuadro de dilogo que se abre se escoge la hiptesis de carga a la que pertenece la accin que se va a introducir, se selecciona el tipo de accin [fuerza o momento] y la direccin de aplicacin. El Eje Global Z corresponde al modo habitual de introducir carga gravitatoria, con el signo - precediendo al valor. Debe prestarse atencin a si la carga introducida se est aadiendo a las que ya existen, o si bien est reemplazando valores antiguos. Se introducen consecutivamente los valores para cada barra y cada hiptesis simple de carga. Para introducir una carga puntual en un nudo, se selecciona ste y se Joint loads escoge Assign Forces y se procede como en las cargas uniformes.Nota: Pueden verse los datos que se llevan introducidos hasta el momento mediante las opciones del men Display

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9 _ Definicin de las combinaciones de hiptesis.En el men Define Combinations se aaden tantas hiptesis de combinaciones de carga como se deseen. En el ejemplo se han aadido cinco combinaciones: a) b) c) d) viento e) viento permanente + variable permanente + viento permanente viento permanente + variable + permanente + variable -

Como stas son meramente combinaciones lineales, deberemos escoger en el desplegable la opcin correspondiente a Linear Add.*SAP 6 Add

Es en este momento cuando se introducen los coeficientes de mayoracin de las acciones, segn corresponda a cada hiptesis, con especial atencin a las situaciones con acciones variables de distinto origen. [En este ejemplo se ha aplicado elcriterio de Combinacin de acciones del CTE DB SE]

10 _ EnvolventesEl programa SAP 2000 dispone de una opcin que permite obtener la envolvente de esfuerzos, correspondiente a la peor hiptesis o combinacin de acciones en cada seccin de una barra. Para ello, ser necesario crear una nueva combinacin, a la que se aadirn todos aquellos casos de carga [simples o combos] que vayan a entrar en la envolvente. En este caso se han aadido las 5 combinaciones creadas anteriormente. En el desplegable correspondiente a Combination Type, debe especificarse la opcin Envelope.*La versin SAP 6 slo permitir ver los resultados de la combinacin ENVOLVENTE mediante listados, y no por pantalla.

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11 _ Clculo.Antes de calcular, conviene saber que por defecto el programa divide cada barra en 9 tramos [ello provoca, por ejemplo, que grficas de flectores correspondientes a cargas uniformes se representen con poligonales como si se tratara de cargas puntuales]. Si se desea que este nmero sea mayor en alguna de las barras se debe seleccionar la barra en cuestin y despus, en Frame Output Assign Stations, definir el nmero de segmentos a mostrar.*En SAP 6/7 el nmero de segmentos por defecto es 4, y la opcin a escoger ser Frame Output Segments Assign

A continuacin, se puede proseguir con el clculo. En el men Analyze se escoge el submen Set Analysis Options. Al tratarse de un prtico plano, se puede escoger que el programa slo calcule los elementos de la matriz de rigidez correspondientes a dicho caso, ahorrndose tiempo de clculo y listados innecesarios. Se escoge, pues, el caso del prtico plano. Hecho esto, se escoge del men Analyze la opcin Run o bien se pulsa F5 o el icono correspondiente de la barra de herramientas. En las ltimas versiones de SAP aparecer un cuadro de dilogo con los casos a analizar. Una vez revisado, se proceder a pulsar sobre el botn Run Now, con lo que iniciaremos el proceso de clculo del programa. Al cabo de unos segundos se obtiene una informacin como la que aparece en la figura adjunta, informando del resultado del anlisis y si han aparecido o no errores durante el proceso de clculo. A continuacin se procede a pulsar OK, y se pasa a chequear los resultados del anlisis.

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12 _ Resultados.Tras terminar el anlisis, se obtiene una imagen de la estructura deformada [las deformaciones aparecen en esta ventana multiplicadas por un coeficiente para que sean apreciables]. Algo a tener en cuenta es que una vez la estructura ha sido calculada el icono de la barra de herramientas que representa un candado aparecer cerrado. Ello significa que los datos de la estructura quedan bloqueados. Si se desea introducir algn cambio [valores de acciones, geometra, coacciones, etc.] se debe pulsar este botn primero para desbloquear la estructura, con lo que el programa advertir que todos los resultados obtenidos con los datos anteriores quedarn borrados en ese instante.

13 _ solicitaciones

Grficas

de

Para obtener las grficas de solicitaciones de la estructura se Show emplea el men Display Forces/Stresses y se escoge el tipo de elemento en que queremos consultar los resultados: nudos [Joints] o barras [Frames]. Tambin se puede pinchar sobre el icono correspondiente de la barra de herramientas superior. Al escoger la opcin correspondiente a barras se obtiene un cuadro de dilogo como el de la figura. Se escoger la hiptesis de carga [simple o combinacin] de la que se desea conocer los resultados, as como el tipo de esfuerzo deseado [Axiles, Cortantes o Momentos], obtenindose una grfica como la del ejemplo. Si se desactiva la marca de verificacin de Fill Diagram se mostrarn los valores numricos ms significativos sobre la grfica.

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Pulsando con el botn derecho del ratn sobre una cualquiera de las barras se obtiene un detalle del esfuerzo que est representado sobre la grfica.*A partir de la versin 9 en adelante, se obtiene tambin informacin adicional. Por ejemplo, si se ha escogido la opcin de momentos M3, se mostrar tambin la grfica de cortantes asociado [V2], y la flecha en cada punto. Al desplazarse con el puntero sobre la barra se ir mostrando el valor de los esfuerzos y desplazamientos a lo largo de la misma.

14 _ Reacciones en los apoyos.En caso de escoger la opcin Show Forces/Stresses Joints pueden obtenerse las reacciones en los apoyos. En el cuadro de dilogo que aparece, bastar con escoger la hiptesis o combinacin de carga deseada, seleccionar el tipo Reactions y activar la marca de verificacin Show as Arrows Los momentos en dichos apoyos aparecern representados en forma de vector, indicado segn la convencin habitual el eje alrededor del cual se produce el momento y su sentido. Por ello no es posible ver dichos valores en una vista XZ, sino que se ha de escoger una perspectiva.

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15 _ Imprimir diagramasAntes de imprimir, deben personalizarse las opciones de impresin desde el men File Print Setup for Graphics. Haciendo clic en el botn Setup aparecer un nuevo cuadro de dilogo en el cual se podr escoger la impresora, papel, orientacin del mismo, etc. Pueden modificarse tambin los colores de impresin desde el men Colors Display. Options Las opciones de la pestaa Display hacen referencia a la representacin de la estructura. Las opciones de la pestaa Output se refieren a la representacin de los resultados [diagramas]. Para que las opciones elegidas resulten efectivas a la hora de imprimir, se debe activar la opcin Color Printer en Device Type en ambas pestaas. Finalmente, para imprimir lo que se muestra en pantalla, bastar con escoger la opcin del men File Print Graphics.

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16 _ Listados.En ocasiones es conveniente disponer de los listados de los resultados obtenidos en el anlisis adems de los grficos en s mismos. Para acceder a los listados se debe Show acceder al men Display Tables. Aparecer entonces un cuadro de dilogo en el que se pueden escoger los listados deseados: Los listados correspondientes a Model Definition hacen referencia a los datos introducidos por el usuario para el clculo. Conviene cotejar estos listados en busca de errores en los datos aportados [inercias, orientacin de barras, materiales, etc.] Los listados correspondientes a Anlisis Results comprenden todos aquellos datos, resultado del clculo efectuado por el programa.

Pinchando sobre el botn Select Analysis Cases se pueden elegir adems las hiptesis de carga a mostrar. Al hacer clic en OK, se visualizar un listado como el de la figura. La informacin que aparece corresponde a: n de barra [SAP asigna por defecto un nmero identificativo a cada barra], punto de la barra en el que se proporciona la informacin, hiptesis de carga y tipo de sta, y por ltimo el valor de las diferentes solicitaciones obtenidas. Esta informacin puede imprimirse como archivo de texto, o bien exportarse a un archivo de Excel o Access. Para ello, consultar las opciones disponibles en el men File. Desde el men File de la ventana principal de SAP tambin se pueden imprimir los listados.*En la versin SAP 6, se pueden consultar los listados pinchando sobre el icono en forma de tabla [extremo derecho de la barra de herramientas superior], y seguidamente con el botn derecho sobre cualquier elemento de la estructura. Para imprimir los listados, acudir a las opciones Print Output Tables y Print Input Tables del men File.