MIDAS 05. Diseño Sísmico de Edificios de Hormigón Reforzado.pdf

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Contenido

1. Entrada de Propiedades de Materiales y Secciones .................................................................... 4

2. Crear Modelo ........................................................................................................................... 5

3. Entrada de Condiciones de Limite ........................................................................................... 16

4. Carga de Data de Entrada ....................................................................................................... 16

5. Anlisis................................................................................................................................... 30

6. Entrada de Diseo .................................................................................................................. 31

7. Salida de Diseo ..................................................................................................................... 41

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Diseo Ssmico de Edificios de Hormign Reforzado

Rezumen Este problema ejemplo tiene por objetivo demostrar el diseo de un edificio de hormign reforzado

sometido a cargas de piso, las cargas de viento y cargas ssmicas.

Descripcin Datos Ssmicos de Diseo

- Sistema dual (especiales muros estructurales de hormign reforzado con marco de momento especial)

en la direccin transversal

- Marco de momento especial en la direccin longitudinal

- Asignado a una zona de alta actividad ssmica

Metodologa - Anlisis de Espectro de Respuesta

- Anlisis P-Delta

Modelo

Figura 1 : Modelo de Edificio de Hormign Reforzado


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Figura 2 : Plan de Piso Tpico

Figura 3 : Seccin Longitudinal


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Procedimiento de Diseo

1. Entrada de Propiedades de Materiales y Secciones

Materiales

- Hormign = 4,000 psi (Concrete fc = 4,000 psi ) - Reinfuerzo = 60,000psi ( Reinforcement fy = 60,000 psi)

Seccion

- Columnas Perimetrales 2424 in. (Edge columns 2424 in.) - Columnas Interiores 3030 in. (Interior columns 3030 in). - Viga 2024 in (Beams 2024 in). -Paredes 18 in. (en-el-plano y fuera-de-plano) (Walls 18 in. (In-plane & Out-of-plane))


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Figura 4 : Entrada de Propiedades de Materiales y Secciones

2. Crear Modelo

Unidades : Distancia > pies (Units : Length > ft)

Fija UCS a el plano X-Y (Set UCS to X-Y Plane)

Origen: 0, 0 ,16 (Origin : 0, 0 , 16)

Activa el Cambio de Direccin de Vista > OK (Change View Direction > (ON))

Fija / Agrega la Malla de Lneas (Set Line Grid)

Nombra la Red : 2F (Grid Name = 2F)

Agrega Lneas en el Plano X (Add X Grid Lines)

Selecciona la opcin Relativa en ventanilla Grid Lines (Relative > ON)

Escribe 7@26 > OK

Agrega Lneas en el Plano Y (Add Y Grid Lines)

Selecciona la opcin Relativa en ventanilla Grid Lines (Relative > ON)

Escribe 3@23 > OK

Selecciona Agregar/Modificar Lneas de Malla (Add/Modify Grid Lines)

Define la Malla (Define Grids)

Oprime los botones para activar las lneas de mallas (Line Grid, Line Grid Snap


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Figura 5 : Crear Lneas Red

Figura 6 : Malla en Plano X-Y

Genera el Plano de Piso

Presiona y Activa: Esconder (Hidden) Numero de Nudos (Node Number) Numero

de Elemento (Element Number) Crea Elementos (Create Elements)

Bajo ventanilla Element Type uno escoge el tipo de elemento

Selecciona General Beam / Tapered Beam para escoger Vigas y Vigas Conicas

Bajo Ventanilla Section Name

Selecciona 3 : Beam para escoger Vigas

Por ltimo, dibuja los elementos (partes) como ensea la Figura 7


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Figura 7 : Plano de Piso

Genera las Columnas

Presiona para cambiar las coordenadas a GCS

Presiona para Seleccionar Todo (Select All)

Presiona para Extrudir los Elementos (Extrude Elements)

Bajo ventanilla Extrude Type

Selecciona Node --> Line Element para convertir nudos a elementos de lnea

Activa la opcion Reverse I-J > (ON)

Bajo ventanilla Element Type

Selecciona Beam para escoger las Vijas

Bajo ventanilla Material

Selecciona 1 : Grade C4000 para escoger el material


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Bajo ventanilla Section

Selecciona 1 : Edge Column para escoger la seccin Columnas Perimetrales

Bajo la ventanilla denotada dx, dy, dz

Escribe 0, 0, -16 para darle direccin y distancia de las columnas generadas

Oprime para activar

Figura 8: Columnas Generadas

Cambia las Propiedades de las Columnas Interiores

En la ventanilla de men Work selecciona la tabulacin Properties seguido por escogiendo

Section : 1 : Edge Column = Active para activar las propiedades de las secciones Columnas

Perimetrales


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Despus, oprime Display, selecciona la ventanilla de propiedades (Properties) y activa la

opcin Property Name (on) para que muestren el tipo de elementos. Presiona

Escoge la vista Top View la cual te da un ngulo de vista desde arriba

Selecciona el botn Select Window para seleccionar elementos creando una caja.

Dibuja una caja sobre las columnas interiores como ensea la figura 10 para seleccionarlos.

Selecciona la ventanilla Work, luego selecciona Properties, seguido por oprimiendo Section =

2 : Interior Column y arrastra en mouse y suelta en la ventana del modelo.

Figura 9 : Vijas Inactivate


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Figura 10 : Drag y Dropo Arrastrar y Soltar las Columnas Interiores

Generacin la Paredes

Oprime y desactiva para esconder la imagen 3-D (Hidden OFF)

Oprime y activa para ver los nmeros de nudos (Node number ON)

Oprime Display, y bajo la ventanilla Property, desactiva Property Name para quitar los

nombres do los miembros de la estructura (OFF)

Oprime Select Window para seleccionar objetos como muestra la figura 11.

Oprime Active para activar los elementos seleccionados


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Oprime Create Elements para crear nuevos elementos

En el men, bajo la ventanilla Element Type, selecciona Wall para escoger pared.

Activa la opcin Membrane

Verifica que en la ventanilla Wall ID, estn seleccionados Auto Inc. y el numero 1

Bajo la ventanilla Material Name, selecciona 1:Grade C4000 para escoger el material.

Bajo la ventanilla Thickness, selecciona 1:1.5000, esto determina el grosor de la pared.

Activa la opcin Intersect Node (on) para que los nudos intercepten.

Presiona la ventanilla Nodal Connectivity y luego selecciona los nudos como muestra la figura

12. En nuestro caso los Nudos son numerados 50, 42, 10, y 18. Usted tal vez tenga diferente

numeracin pero asegure que sean los nudos en la misma posicin que muestra la figura 12.

Presiona Select Single del men principal y escoge Wall Element 1 como muestra la

figura 13. Este botn te permite elegir elementos uno por uno.

Presiona Translate Element y bajo la ventanilla Mode escoge Copy, bajo la ventanilla

Translation seleciona Equal Distance (dx, dy, dz) y escribe 130, 0, 0

Oprime para trasladar el elemento de pared en el plano X

Selecciona el numero 1 bajo Wall ID Increment y presiona


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Figura 11 : Ubicacin de Elementos de la pared


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Figura 12 : Conectividad de los nudos de los Elementos de Pared

Figure 13 : Generacin de Elementos de Pared

Generacin de Edificio

Presiona para Seleccionar Todo (Select All)

En el men principal , selecciona Model, seguido por Building, seguido por Building

Generation

En la ventanilla de Number of Copies escribe 11 para copiar el piso 11 veces.

En la ventanilla de Distance (Global Z) escribe 12 para designar la distancia entre cada piso

Presiona seguido por


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Figura 14 : Generacin de Edificio

Generacin de Data por Piso

En el men principal, selecciona Model, seguido por Building, seguido por Story

Presiona seguido por y luego


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Figura 15: Generacin de Data Por Piso


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3. Entrada de Condiciones de Limite

Se asume que las partes bajas de las columnas estn fijas.

el men principal , selecciona Model, seguido por Boundary, seguido por Supports

Selecciona y activa las opciones D-ALL (ON) y R-ALL (ON)

Oprime Select Window para seleccionar objetos de la base como muestra la figura 16.

Figure 16 : Soporte de Limite

4. Carga de Data de Entrada

Seleciona Load del men principal seguido por Static Load Cases para asignar data de

cargas estaticas.


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Agrega las siguientes cargas como muestra la figura 17, presionando cada vez

que agregas otra.

-Dead Load (Carga Muerta)

- Live Load (Carga Viva)

- Wind Load (X-direction) (Carga de Viento en direccin X)

- Wind Load (Y-direction) (Carga de Viento en direccin Y)

- Earthquake Load (X-direction, Eccentricity direction-Positive) (Carga Ssmica positiva en

direccin X)

- Earthquake Load (X-direction, Eccentricity direction-Negative) (Carga Ssmica negativa

en direccin X)

- Earthquake Load (Y-direction, Eccentricity direction-Positive) (Carga Ssmica positiva en

direccin Y)

- Earthquake Load (Y-direction, Eccentricity direction-Negative) (Carga Ssmica negativa

en direccin Y)


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Figura 17: Carga de Data de Entrada

Peso Propio

Seleciona Load del men principal seguido por Self Weight para asignar la carga de peso

propio.

Bajo la ventanilla Self Weight Factor assigna el valor de -1 en el axis Z y presiona

Figura 18 : Carga de Peso Propio

Cargas de Piso

Seleciona Load del men principal seguido por Assign Floor Loads para asignar la carga de

piso.


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- Name > Typical Floor : DL = -30 psf, LL = -75 psf (carga de piso tpico)

- Name > Roof Level : DL = -10 psf, LL = -20 psf (carga de techo)


piso:

- Load Type > Typical Floor

- Two Way Distribution (Distribucin en dos direcciones)

- Copy Floor Load > (on)

- Axis > z (on)

- Distance > 10@12

- Assign Nodes Defining Loading Area > (1, 8, 32, 25) (Asigna al modelo seleccionando los

nudos de las esquinas como muestra la figura 19).


techo:

- Load Type > Roof Level

- Copy Floor Load > (off)

- Assign Nodes Defining Loading Area > (386, 387, 417, 410) (Asigna al modelo seleccionando

los nudos de las esquinas del ltimo piso).

Presiona y luego


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Figura 19 : Assigna Cargas de Piso


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Figura 20 : Distribucion Carga de Piso

Cargas de Viento

Selecciona Load del men principal seguido por Lateral Loads para asignar la carga de viento

laterales:

- Load Case Name > WX (Carga de Viento en direccin X)

- Wind Load Code > IBC2000 (ASCE7-98) (Cdigo de Carga de Viento)

- Simplified Procedure > (on)

- Basic Wind Speed > 85 mile/h (Velocidad de Viento)

- Importance Factor > 1 (Factor de Importancia)

- Exposure Category > B (Categoria de Exposicion)

- Scale Factor in Global X > 1

- Scale Factor in Global Y > 0


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Presiona seguido de la data para carga de viento en direccin Y

- Load Case Name > WY

- Scale Factor in Global X > 0

- Scale Factor in Global Y > 1

Presiona

Presiona y luego

Figura 21 : Entrada de Cargas de Viento


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Convertir Peso de Modelo y Cargas a Masa

En el men principal, selecciona Model, seguido por Structure Type

Bajo la seccin Structure Type selecciona 3-D

Bajo la seccin Conversion of Structure Self Weight into Masses selecciona Convert to X,Y

En la ventanilla Gravity Acceleration esribe 32.719 (pies / sec^2)

Figura 22: Convertir Peso de Modelo y Cargas a Masa

En el men principal, selecciona Model, seguido por Masses, seguido por Load to Masses

para convertir las cargas a masa. Llena la ventana siguiendo la figura 23.

- Mass Direction > X, Y (on)

- Load Type for Converting > All (on)

- Gravity > 32.1719 (ft/sec2)

- Load Case > DL

- Scale Factor > 1

- Load Case > LL

- Scale Factor > 0.25


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Figura 23: Convertir Cargas a Masa

Cargas Ssmicas Estticas

Selecciona Load del men principal seguido por Lateral Loads seguido por Static Seismic

Loads para asignar la carga ssmicas estticas. Llena las ventanillas con la siguiente

informacin.

Load Case Name > EXP (Assigna nombre a carga en direccion x positivo)

- Seismic Load Code > IBC2000 (ASCE7-98) (Assigna el cdigo)

- Seismic Design Category > E (Assigna la categora)

- Site Class > C (Assigna classe de sitio)

- Ss = 1.0

- S1 = 0.3


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- Importance Factor (I) = 1

- Period (Code) > X-Dir. = 1.2 ; Y-Dir. = 0

- Response Modification Coef. (R) > X-Dir. = 8 (Special moment frame), (Coefficiente de modificacio de reaccin en direccin X, con marco de momento especial)

Y-Dir. = 8 (Dual system: special reinforced concrete structural walls with special moment frame) (Coefficiente de modificacio de reaccin en direccin Y, paredes de hormign reforzado con marco de momento especial)

- Scale Factor in Global X = 1

- Scale Factor in Global Y = 0

- Accidental Eccentricity in X-direction > Positive (on)

- Accidental Eccentricity in Y-direction > Positive (on)

- Load Case Name > EXN (Assigna nombre a carga en direccion x negativo)

- Period (Code) > X-Dir. = 1.2 ; Y-Dir. = 0



- Accidental Eccentricity in X-direction > Negative (on)

- Accidental Eccentricity in Y-direction > Negative (on)

- Load Case Name > EYP (Assigna nombre a carga en direccion y positivo)

- Period (Code) > X-Dir. = 0 ; Y-Dir. = 1.2



- Accidental Eccentricity in X-direction > Positive (on)

- Accidental Eccentricity in Y-direction > Positive (on)

- Load Case Name > EYN (Assigna nombre a carga en direccion y negativo)


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- Period (Code) > X-Dir. = 0 ; Y-Dir. = 1.2



- Accidental Eccentricity in X-direction > Negative (on)

- Accidental Eccentricity in Y-direction > Negative (on)

Presiona y luego

Figura 24 : Entrada de cargas ssmicas estaticas


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Espectro de Reaccin a Cargas

Selecciona Load del men principal seguido por Response Spectrum Analysis Data seguido

por Reponse Spectrum Functions para asignar la funcin de espectro de

reaccin.

Design Spectrum (Espectro de Diseo)

- Design Spectrum > IBC2000 (ASCE7-98)

- Site Class > C

- Ss = 1.0

- S1 = 0.3

Presiona , y luego


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Figura 25 : Espectro de Reaccin a Cargas

Selecciona Load del men principal seguido por Response Spectrum Analysis Data seguido

por Reponse Spectrum load cases para asignar el espectro de reaccin a las

varias cargas en direccin X y Y. Llena las ventanillas con la siguiente informacin:

- Load Case Name > RX

- Direction > X-Y


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- Excitation Angle = 0 (deg.)

- Scale Factor (I/R) > 1/8 = 0.125

- Period Modification Factor = 1

- Function Name (Damping Ratio) > IBC2000(ASCE7-98) (0.05) > (on)

- Interpolation of Spectral Data > Linear (on)

- Accidental Eccentricity > (on)

- Modal Combination Type > SRSS

- Load Case Name > RY

- Excitation Angle = 90 (deg.)

- Modal Combination Type > SRSS


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Figura 26 : Anlisis de Espectro de Reaccin

5. Anlisis Selecciona Analysis del men principal, seguido por P-Delta Analysis. Llena la ventanilla con

la siguiente informacin:

- Number of Iterations = 5 (Numero de iteraciones)

- Convergence Tolerance = 1e-005

- P-Delta Combination > Load Case > DL ; Scale Factor > 1

- P-Delta Combination > Load Case > LL ; Scale Factor = 0.25

Figura 27: P-Delta Anlisis

Selecciona Analysis del men principal, seguido por Eigenvalue Analysis Contol. Llena la

ventanilla con la siguiente informacin:

- Type of Analysis > Eigen Vectors (on) > Subspace Iteration (on)

- Number of Frequencies = 10

- Number of Iterations = 20

- Subspace Dimension = 0

- Convergence Tolerance = 1e-010


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Figura 28 : Control de Anlisis Eigenvalue

6. Entrada de Diseo

Selecciona Results del men principal, seguido por Combinations. Llena la ventanilla con la

siguiente informacin para crear un combinaciones de cargas en los planos X y Y:

Busca la ventanilla Concrete Design y presiona Auto Generation - Option > Add (on)

- Design Code > ACI318-02

- Scale Up Factor = 1.48 ; RX

- Scale Up Factor = 1 ; RY


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Figura 29 : Generacion de Combinacion de Cargas


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Compara RX (RY) y EX (EY)

RX (RY):

Selecciona Results del men principal, seguido por Result Tables, seguido por Story, y

selecciona Story Shear (Response Spectrum Analysis). Llena la ventanilla con la siguiente

informacin para ver los resultados por piso.

- Spectrum Load Cases > RX(RS) (on) & RY(RS) (on)

- Shear Force (Without Spring)

Figura 30 : Story Shear (Response Spectrum Analysis)

EX (EY):

Selecciona Loads del men principal, seguido por Lateral Loads, seguido por Static Seismic

Loads. Dentro de la ventana selecciona Load Case, seguido por EXP y selecciona Seismic

Load Profile. Llena la ventanilla con la siguiente informacin para ver los resultados por piso.

- Story Shear (on)

De la misma manera, inspecciona las resultados para EXN, EYP y EYN


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Figura 31 : Fuerza de Corte por Piso (Cargas Ssmicas Estticas)

Selecciona Design del men principal, seguido por General Design Parameter, y selecciona

Definition of Frame. Llena la ventanilla con la siguiente informacin para asignar restricciones

por direccin a la estructura.

- X-direction > Unbraced | Sway (on)

- Y-direction > Braced | Non-Sway (on)

- Design Type > 3-D

- Auto Calculate Effective Length Factors > (on)


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Figura 32: Definicion de Estructura

Selecciona Design del men principal, seguido por General Design Parameter, y selecciona

Modify Live Load Reduction Factor. En la ventanilla General Tab, elije lo siguiente para

asignar restricciones por direccin a la estructura.

- Option > Add/Replace (on)

- Applied Components > Axial Force (on) (Aplica la fuerza axial)

- Oprime Top View seguido por Select Window (Escoje las columnas interiors)

- Interior columns: Reduction Factor = 0.56 (Columnas Interiores)

- Edge column: Reduction Factor = 0.69 (Columna de Orilla)

- Corner column: Reduction Factor = 0.88 (Columna de Esquina)


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Figura 33 : Modifica el factor de Reduccin de las Cargas Viva

- Unbraced Length (L, Lb) (Largo sin abrazadera)


- Unbraced Length > Ly=0 ; Lx=0 (Largo sin abrazadera)

- Laterally Unbraced Length > Do not consider (on)

- Select All (Selecciona todo)

- Equivalent Moment Correction Factor (Cm) (Factor de correccin de momento equivalente)


- Moment Factor > Calculate by Program (on) (Calcula factor de momento)

- Select All (Selecciona todo)


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Figura 34 : Largo Sin Abrazadera Figura 35 : Factor de correccin de momento equivalente

Selecciona Design del men principal, seguido por Concrete Design Parameter, y selecciona

Design Code para asignar el cdigo de diseo de hormign.

- Design Code > ACI318-02

- Apply Special Provisions for Seismic Design > (on) (Aplica provisiones especiales

para diseo ssmico)

- Select Frame Type > Special Moment Frames (on) (Aplica marco de momento

especiales)


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Figura 36 : Codigo de Diseo de Hormign

Selecciona Design del men principal, seguido por Concrete Design Parameter, seguido por

Strength Reduction Factors, y selecciona Update By Code para actualizar el cdigo de

diseo.


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Figure 37 : Factores de Reduccin de Fuerza


Design Criteria for Rebars, y llena la ventanilla siguiendo la informacin en la figure 38 para

asignar el criterio de diseo de las barras de refuerzo.

Figura 38: Criterio de diseo de las barras de refuerzo


Modifiy Concrete Materials, y llena la ventanilla siguiendo la informacin:

Select material ID #1


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Rebar Selection

- Code > ASTM (RC)

- Grade of Main Rebar > Grade 60

- Grade of Sub-Rebar > Grade 40

Para modificar las propiedades del Hormign.

Figure 38 : Modificar las propiedades del Hormign.


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7. Salida de Diseo

Selecciona Design del men principal, seguido por Concrete Code Design, seguido por Beam

Design, y en la ventanilla escoje Sorted by Member para organizar la data de las vijas.

Presiona para expandir la data.

Figura 40 : Diseo de Vija de Concreto

Selecciona Design del men principal, seguido por Concrete Code Design, seguido por

Column Design, y en la ventanilla escoje Sorted by Member para organizar la data de las

columnas.



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Figura 41 : Diseo de Columna de Concreto

Selecciona Design del men principal, seguido por Concrete Code Design, seguido por Wall

Design, y en la ventanilla escoje Sorted by Wall ID + Story


Presiona SEL (Select) > WID (Wall ID) = 1 ; Story = 1F y por ultimo presiona

para graficar la data de las paredes del primer piso. Resultados son mostrados en Figura 43.


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Figura 42 : Diseo de Pared de Concreto


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Figura 43: Resultados del Primer Piso

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