Autodesk Currículo Estructural 2013 Libro de Ejercicios para los Maestros Unidad 4: Ampliación de BIM para el Análisis y Diseño Estructural Contenido  Información General de la Unidad .................................................................................. 2  Información General ..................................................................................................... 2  Objetivos ....................................................................................................................... 2  Lección 1: La Teoría de los Objetos Físicos y Analíticos ............................................. 3  Información General ..................................................................................................... 3  Extensiones de Revit & Robot ...................................................................................... 4  Información General de los Ejercicios ........................................................................... 5  Ejercicio 4.1: Diseño de Viga Mixta .............................................................................. 5  Preguntas para el Ejercicio 4.1 ..................................................................................... 7  Ejercicio 4.2: Load Takedown ....................................................................................... 8  Preguntas para el Ejercicio 4.2 ..................................................................................... 8  Ejercicio 4.3: Análisis Estático de las Losas ................................................................. 9  Preguntas para el ejercicio 4.3 ..................................................................................... 9  Ejercicio 4.4: Análisis Estático de Vigas ..................................................................... 10  Preguntas para el Ejercicio 4.4 ................................................................................... 10  Ejercicio 4.5: Enlace de Revit a Robot........................................................................ 10 

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Información General de la Unidad Información General Esta lección ofrece una descripción general del modelo de análisis con el software Autodesk ® Revit Structure ®. Se destacan las diferencias entre el modelo físico y analítico e introduce extensiónes estructurales poderosas que se pueden agregar a Revit Structure. La lección incluye una breve revisión de los modelos de Revit Structure seguido de una introducción al concepto de la vinculación a los programas de análisis de terceros. Además, la lección introduce cargas estructurales, cajas de carga, y combinaciones de cargas. Duración Estimada: 3 horas

Objetivos Al finalizar esta lección, los estudiantes serán capaces de:     

Definir el modelo de la estructura analítica de Revit. Conocer las diferencias entre los modelos físicos y analíticos. Comprender el concepto básico de las cargas estructurales, los casos de carga, y combinaciones de cargas. Comprender cómo funcionan las herramientas básicas en Revit Structure relacionadas con el uso del modelado de información de edificios (BIM) para el análisis estructural. Comprender la relación entre programas de análisis, tales como Autodesk® Robot ™, y aplicaciones BIM como Revit Structure.

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Autodesk Curriculo Estructural 2013 Libro de Ejercicios para los Maestros Unidad 4: Ampliación de BIM para el Análisis y Diseño Estructural Lección 1: La Teoría de los Objetos Físicos y Analítica

Lección 1: La Teoría de los Objetos Físicos y Analíticos Información General Autodesk Revit Structure es una aplicación del modelado de información de edificios (BIM). Todos los elementos del modelo estructural son controlados por una base de datos unificadora, subyacente que controla todo el modelo físico y analítico. La asociación bi-direccional de los dos modelos estructurales significa que un cambio en el objeto físico en una vista cambia el objeto analitico asociado. Con BIM, nos esforzamos a capturar, preservar y reutilizar la información para las aplicaciones posteriores. La ventaja de este método es una mayor calidad, y una mayor productividad con menos esfuerzo (reducción de costos). Los elementos de Revit Structure son controlados a través de relaciones paramétricas entre los miembros físicos y analíticos. Por ejemplo, la columna analítica es típicamente centrada en el centro geométrico de la columna física. Cuando se mueve la columna física, la columna analítica se mueve tambien, así, puede mantener su relación con el centro geométrico de la columna física. En Revit Structure, un modelo analitico es una representación 3D simplificada de la descripción técnica completa de un modelo físico estructural. El modelo analitico consta de los componentes estructurales, la geometría, propiedades de materiales, y las cargas formando un conjunto de un sistema de ingeniería. Revit crea el modelo de análisis de forma automática, mientras se crea el modelo físico y se puede exportar a aplicaciones de análisis y diseño. En las siguientes ilustraciones, la vista de la izquierda representa el modelo físico, y la vista de la derecha representa el modelo analítico.

 

  Figura 4.1: El modelo físico se encuentra a la izquierda y el modelo analítico a la derecha. 

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AUTODESK CURRICULUM De el cuadro de diálogo Configuración estructural, seleccione la pestaña Configuración de Modelo analítico para determinar como Revit Structure realiza ciertas tareas en el modelo analítico.

 

 

 

Figura 4.2: El cuadro de diálogo Configuración Estructural.  Controles automáticos: Cuando está activado, la comprobación de compatibilidad automática proporciona una advertencia cuando un miembro no es compatible. Esta opción es útil cuando la mayor parte de la estructura ha sido modelada y desea saber si los cambios realizados en los elementos del modelo hacen que sea compatible. Nota: Al activar esta opción durante las primeras etapas de un proyecto mostrara un número significativo de elementos no compatibles durante la creación del modelo y puede ser engañosa e inútil. Tolerancias: Establecer los límites de tolerancia para el ajuste horizontal y vertical automático del modelo de análisis. Para obtener más información, consulte el menú de Ayuda de Revit Structure para el ajuste automático del modelo analítico (auto-detección).

Extensiones de Revit & Robot Las extensiones Autodesk® Revit® para Autodesk® Revit® Structure 2013 proporcionan una gama completa de beneficios para mejorar el software. Los usuarios de estas extensiones pueden beneficiarse de su facilidad de uso, ayudando a ser más productivos y ágiles mientras se trabaja en los proyectos. Para esta unidad vamos a tratar más específicamente con las extensiones de Autodesk® Robot™ utilizadas en Revit Structure. Autodesk® Robot™ Structural Analysis Profesional (Robot) es un programa rico en el análisis estructural y diseño capaz de modelar y analizar prácticamente cualquier tipo de estructura, no importa qué tan avanzada sean las condiciones de la geometría. Robot es un compañero ideal de análisis para aplicaciones de BIM, y tiene enlase con Revit Structure. El uso de Robot permite a los usuarios de Revit Structure analizar directamente sus modelos sin simplificar demaciado o interferir con el modelo 3D de información de los edificios para satisfacer las restricciones de sus soluciones en el análisis elegido.

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AUTODESK CURRICULUM Históricamente, el proceso de trabajo de ingenieros de diseño involucraba la interpretación de planos arquitectónicos y posteriormente la creación de un modelo analítico de estos, revisando constantemente y volviendo a revisar los modelos correlativos. El modelo de elementos finitos del ingeniero normalmente se ejecuta en sus propias plataformas y no hace de interfaz con cualquier software de BIM. Autodesk revolucionó este proceso mediante la introducción de Robot y continua mejorando en el desarrollo de este fuerte vínculo entre Robot y Revit. Estas extensiones proporcionan un excelente vehículo para calculos simples menos complicados en Revit y para la elaboración de informes profesionales para la documentación del trabajo. No sólo este vínculo de interfaz aparece entre Robot y Revit, sino que otras extensiones tambien utilizan la misma técnica conocida como la interoperabilidad. Esto permite que los modelos, o fragmentos de ellos, se muevan sin problemas en una plataforma común garantizando que el modelo de elementos finitos es exactamente lo mismo que el modelo físico. Este enlace sólido crea una plataforma donde puede modelar elementos y condiciones utilizando cualquier aplicación que sea más fácil de usar y ofrece opciones suficientes para las tareas más complicadas. En los ejercicios siguientes se destacan algunas de las muchas extensiones disponibles para los clientes de Autodesk®.

Información General de los Ejercicios Para completer los siguientes ejercicios, los estudiantes tendran acceso en línea a Autodesk BIM Workshop (www.autodesk.com/bimworkshop). Haga clic en Ingenieria Estructural y seleccione la unidad 4. Tambien necesitaran auriculares si se encuentran en un entorno de laboratorio.

Ejercicio 4.1: Diseño de Viga Mixta Esta extensión es para el diseño de una viga de acero mixta. La losa y todas las vigas deben estar asociadas con el mismo nivel. Las funcionalidades básicas de la aplicación: 



Diseño interactivo de las vigas mixtas: Esta opción permite a los usuarios diseñar los miembros seleccionados de acuerdo a sus propias configuraciones. En este caso, un cuadro de diálogo se presenta en la pantalla y los usuarios pueden determinar sus configuraciones, verificar los resultados de su diseño, o aceptar el diseño. Diseño automático de las vigas mixtas: Esta opción permite a los usuarios diseñar miembros de acuerdo a la selección y sus propias configuraciones. El diseño se realiza de forma automática según la configuración del usuario.

Este ejercicio utiliza el modelo SE_Unit4_Excercise1_Start.rvt.

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Figura 4.3: Viga mixta modelo de diseño. 

   

Figura 4.4 Modelo Interior de una viga mixta. 

 

En este ejemplo, vemos el diseño interior de una viga, compuesta para abarcar 30 'con una separación entre ejes de 8' con el número mínimo de 3/4 "de diámetro x 3" conectores de corte. La losa es de 5 "de espesor con f'c = 3 ksi (n = 9) de concreto y la viga se va a construir sin orillas. La viga debe soportar un

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AUTODESK CURRICULUM falso techo de 7 libras por pie cuadrado, 25 libras por pie cuadrado de tabiques de carga y otros elementos muertos, y una carga viva de 150 libras por pie cuadrado. La viga de acero utiliza acero A992 con 50 ksi límite elástico. En este ejemplo se utiliza carga de diseño y factor de resistencia (LRFD) de AISC. La viga en cuestión se indica en la imagen anterior. La viga inicial es una W21x62. Preguntas para el Ejercicio 4.1 Utilizando la extensión de la viga mixta diganos: ¿Cual es el diseño de la viga más económico, por su peso de la viga de acero? La respuesta debe ser: W16x26 con 52 pernos, sin embargo, a pesar de que satisface los requerimientos de código, este diseño requiere una gran cantidad de pernos. Además, No es el diseño más económico debido al trabajo de soldadura de pernos que es necesario. ¿Qué es la viga más económica en términos de cantidad mínima de pernos y el trabajo de soldadura de pernos que son de 16" de profundidad? La respuesta debe ser W16x31. Este diseño es mejor debido a que utiliza casi la mitad del número de pernos y reduce el trabajo que de otra forma se haría en las vigas. Las 5 libras por pie de viga sobre 30 pies cuestan menos que el costo de los pernos adicionales que el diseño W16x26 requiere. A modo de comparación, considere la posibilidad de que el costo del acero es 1.50 dólares por libra y el costo de cada perno es de $10 por perno instalado. También señale a los estudiantes que los precios del acero y mano de obra pueden variar en gran medida debido a las condiciones del mercado y la mano de obra regional. Para que los ingenieros puedan realizar diseños económicos, estos siempre deben mantener una buena comunicación con los fabricantes locales, montadores, detallistas y proveedores de acero para conocer los precios de sus diseños. ¿Cuál es la viga más ligera de 18" de profundidad que cumple los requisitos del diseño? Respuesta: W18x35 ¿Cuál es la viga más ligera no-compuesta que cumple los requisitos del diseño? Respuesta: W21x44 En general, ¿cuál de los diseños anteriores es el mejor y por qué? Respuesta: W16x26 con 26 pernos. ¿Por qué refleja el modulo -0.256 para la carga muerta? (Vea la imagen de abajo.) Respuesta: Esta es la suma de los 8' de anchura tributaria multiplicada por la carga muerta de 32 libras por pie cuadrado.

 

 

Figura 4.5 Referencia de una carga muerta.  ¿Por qué refleja el módulo -0,600 para la carga viva? (Vea la imagen de abajo.) Respuesta: Esta es la suma de los 8 'de anchura tributaria multiplicada por la carga muerta de 150 libras por pie cuadrado.

 

 

Figura 4.6 Referencia para la sobrecarga.  

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Ejercicio 4.2: Load Takedown Con la extensión de Load Takedown, se puede realizar una simulación de carga para las fuerzas verticales y las tensiones causadas por estas fuerzas en los elementos verticales de una estructura definida en Revit Structure. Se debe incorporar información necesaria de Revit Structure:      

Geometría Parámetros de los Materiales Soportes Cargas Tipo de Carga Combinaciones de Cargas

Todos los resultados se presentan en cuadros y diagramas apropiados. Suposiciones: 



La visualización de las fuerzas verticales incluye: o Para columnas: fuerza vertical Fx o Para paredes: una suma de las fuerzas verticales en el borde superior de un elemento. El stress es calculado con la siguiente fórmula: fuerza vertical/área en sección transversal.

Este ejercicio utiliza el modelo SE_Unit4_Exercise2_Start.rvt. Preguntas para el Ejercicio 4.2 ¿Cuándo es la herramienta de “Load Takedown” útil? Respuesta: Esta ayuda en el cálculo de la carga en los elementos estructurales, cuando todo el encuadre tiene conexiones simples con marco de estructuras no redundantes. ¿Cuándo es el momento en que la herramienta Takedown no se debe utilizar? Respuesta: La herramienta de Takedown no es exacta cuando el sistema es indeterminado con rutas de cargas interdependientes que varían con la rigidez de cada miembro.

 

 

Figura 4.7: Sistema de viga estructural. 

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Figura 4.8: Áreas tributarias. 

 

Ejercicio 4.3: Análisis Estático de las Losas El análisis estático de las extensiones de las losas permite realizar un análisis estático de una losa definida en un modelo de Revit Structure. Usted puede cargar la información necesaria de Revit Structure, incluyendo la geometría de la losa, limitaciones y apoyos, los tipos de carga, las combinaciones de carga, y las cargas. Los resultados obtenidos de un modelo definido de una losa se muestran en forma gráfica (mapas de una cantidad seleccionada) y tabular. Además, los resultados obtenidos con los datos relativos a la losa analizada se pueden presentar en formato de informe (en formato HTML), un informe de una losa se puede imprimir, guardar en un archivo o enviarse como un documento en Microsoft® Excel® o Word®. Este ejercicio utiliza el modelo SE_Unit4_Exercise3_Start.rvt. Preguntas para el ejercicio 4.3 ¿Cuándo es útil la herramienta de análisis de Losa? Respuesta: Es útil en los sistemas de pisos de concreto para una evaluación rápida de una carga determinada. ¿Por qué las reacciones en cada columna individual dieron diferentes resultados en la herramienta de Takedown y la de análisis de la losa? Respuesta: La herramienta de carga Takedown sólo funciona en el tipo de construcción de un marco simple de duración. Este no podria acertadamente tratar el altamente indeterminado sistema de losa de hormigón de dos vías que se muestra en este ejemplo. ¿Es la carga total en la estructura la misma si se compara a la suma de las reacciones de la herramienta de carga Takedown y la suma de las reacciones de la herramienta de análisis de la losa? Respuesta: Sí, esto es necesario para satisfacer las leyes de equilibrio en el sistema. La suma de las fuerzas totales transmitidas a través del sistema estructural debe ser la misma. Sin embargo, la distribución de la fuerza interna fue diferente en las dos herramientas porque el análisis estático de la herramienta de losas tiene en cuenta la estructura indeterminada de la losa.

 

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   Figura 4.9: Diseño de la losa.  

 

Ejercicio 4.4: Análisis Estático de Vigas Esta extensión le permite realizar el análisis estático de un sistema de viga definido en un modelo de Revit Structure. Utiliza la información directamente de Autodesk Revit Structure, tales como: geometría de la viga, las limitaciones y soportes, los tipos de carga, las combinaciones de carga y cargas. Los resultados se muestran tanto en forma gráfica (diagramas) y tablas. Además, los resultados pueden ser presentados en formato de un informe (en el formato HTML). El informe de una viga se puede imprimir, guardar en un archivo o enviar a un documento de Excel o Word. Este ejercicio utiliza el modelo SE_Unit4_.Exercise4_Start.rvt. Preguntas para el Ejercicio 4.4 Utilice la viga en el modelo del ejercicio 4.1 con la herramienta de análisis estático de la viga para crear un informe. Respuesta: Compare estos resultados con los de la herramienta de viga mixta utilizada anteriormente. Calculate a mano y luego dibuje la carga de la viga, tensión de corte, momento, y los diagramas de desviación, y luego compararlos con el informe realizado en el ejercicio anterior. Respuesta: Pida a los estudiantes que entreguen y comparen los informes con los resultados de la herramienta de análisis.

 

 

Figura 4.10 Herramienta para viga estática.  

Ejercicio 4.5: Enlace de Revit a Robot Utilizando los más avanzados sistemas de enlace disponibles en muchos de los programas de análisis, es posible crear nuevos modelos en Revit Structure o su propio programa de análisis utilizando la información www.autodesk.com/edcommunity 10

AUTODESK CURRICULUM disponible en otro programa. En muchos casos, toda la información geométrica y de diseño, incluyendo los materiales, las instancias de la familia, muros, losas, aberturas, líneas de cuadrícula, las condiciones de contorno, cimentaciones, cargas y combinaciones de cargas se pueden crear, actualizar o eliminar en cualquiera de los dos programas que utilizan la información en el otro programa. En este ejercicio, va a exportar un modelo al software de Robot y realizara cálculos utilizando tanto las capacidades de análisis de robot y los cálculos a mano. Este ejercicio utiliza el modelo SE_Unit4_.Exercise5_Start.rvt.   

Usando el enlace de Revit a Robot, exporte el modelo a Robot. Explore las cargas, materiales y elementos estructurales creados en Robot por el enlace. Pida a los estudiantes si alguien tomó tiempo para leer más acerca de cómo utilizar Autodesk® Robot™ Structural Analysis Professional en los archivos de ayuda y en la documentación de la Introducción.

 

 

Figura 4.11: Ejemplo de diseño en Robot. 

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