Projecto Urbanistico Nueva
Ciudad "Fabricio Ojeda"
"Fabricio Ojeda" New City
Urban Project
Estacion de Policia
Police Station
Reporte de Diseño Estructural
Structural Design Report
Document
Documento
Preliminary
Date
Fecha
Feb.2011
Design
Diseño
OY/YY
Check
Revisado
Dr.Y.Yuva
Structural Design Report
Police Station
CONTENTS / CONTENIDO
CONTENTS / CONTENIDO ............................................................................................................................... 2
APPENDICES / APÉNDICES ............................................................................................................................. 3
1
INTRODUCTION / INTRODUCCION ........................................................................................................... 4
2
STRUCTURAL ANALYSIS AND DESIGN PRINCIPLES / PRINCIPOS DE DISEÑO Y ANALISIS ESTRUCTURAL 5
2.1 Material/ Materiales ....................................................................................................................... 5
2.2 Loads / Cargas................................................................................................................................ 5
2.2.1
Gravity Loads / Cargas por Gravedad.................................................................................... 5
2.2.2
Seismic Loads / Cargas por Sismo. ........................................................................................ 5
2.3 Load Combinations / Combinaciones de Carga ............................................................................. 8
2.4 3-D Structural Model and Analysis Results / Modelo Estructural 3D y Análisis de Resultados ... 9
2.5 Design of Columns and Beams / Diseño de Vigas y Columnas ................................................... 10
3
SLAB DESIGN / DISEÑO DE LOSA ......................................................................................................... 12
3.1
4
Loads on Roof Slab / Cargas en Losa de Techo ........................................................................... 12
FOUNDATION ANALYSIS AND RESULTS / ANALISIS DE FUNDACION Y RESULTADOS ........................... 14
2
Structural Design Report
Police Station
APPENDICES / APÉNDICES
Appendix A
Apéndice A
3-D Analysis Model of the Structure
Análisis y Modelado 3D de la Estructura
Appendix B
Apéndice B
Loads Acting on Structure
Cargas Aplicadas a la Estructura
Appendix C
Apéndice C
Mode Shapes
Formas Modales
Appendix D
Apéndice D
Column and Beam Design Tables
Tablas de Diseño de Vigas y Columnas
Appendix E
Apéndice E
Slab Model & Bending Moments (ETABS Results)
Modelado de Losa y Momentos Flectores (Resultados de ETABS)
Appendix F
Apéndice F
Foundation Model & Design (SAFE Results)
Diseño y Modelado de Fundación (Resultados de SAFE)
3
Structural Design Report
Police Station
1 INTRODUCTION / INTRODUCCION
The report includes structural analysis and design of a typical Police Station building. The building is a single
storey reinforced concrete structure having base plan dimensions 8.90m x 15.25m. It has inclined concrete
roof slab. The ridge height is 3.54m.
Este reporte incluye el analisis y diseño de un edificio tipo de Estación de Policias. El edificio es de un nivel
con una estructura de concreto armado y tiene dimensiones exteriores de 8.90m x 15.25m. Tiene una losa de
techo inclinada. En su nivel más alto tiene una altura de 3.54m.
Structural system of the building is chosen as moment resisting frame in both directions. Structural analysis
program ETABS is used in the analysis of the building. The software SAFE is used for the analysis of
foundation.
El sistema estructural del la edificacion es aporticado en ambas direcciones. El análisis estructural se
realizo con el programa ETABS para todo el edificio, el software SAFE es utilizado para el análisis de la
fundación.
In the design and detailing of the building the following national and international design codes are used:
En el diseño del edificio las siguientes normas nacionales e internacionales se han utilizado:
COVENIN 2002 (1988): Criteria and Minimum Actions for Building Projects.
COVENIN 2002 (1988): Criterios y Acciones Mínimas para el Proyecto de Edificaciones
COVENIN 1753 (2006): Reinforced Concrete Structures for Buildings. Analysis and Design.
COVENIN 1753 (2006): Estructuras de Concreto Armado para Edificaciones. Análisis y Diseño
COVENIN 1756 (2001): Earthquake Resistant Design of Buildings.
COVENIN 1756 (2001): Edificaciones Sismo Resistentes
ASCE 7-05 : Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures
ASCE 7-05 Cargas Minimas para el Diseño de Edificios y otras Estructuras
ACI 318-08 : Building Code Requirements for Structural Concrete
ACI 318-08: Normas para Edificios de Concreto Estructural
IBC 2009 : International Building Code
IBC 2009 : Norma Internacional para Edificaciones
4
Structural Design Report
Police Station
2 STRUCTURAL ANALYSIS AND DESIGN PRINCIPLES / PRINCIPOS DE DISEÑO
Y ANALISIS ESTRUCTURAL
2.1
Material/ Materiales
Material properties used in the design of superstructure and foundation are as follows.
Concrete Grade
: C25 (specified compressive strength of concrete, fc' = 25 MPa)
Reinforcing Steel : S420 (Grade 60) (specified yield strength of steel, fy = 420 MPa)
c (Unit weight of concrete ) = 25 kN/m³
Ec (Modulus of elasticity of concrete)  25000 MPa
Es ( Modulus of elasticity of steel)
= 200000 MPa
Las propiedades de los materiales utilizados en el diseño de la superestructura y fundacion son los siguientes:
Resistencia a la compresion del concreto: C25 (fc' = 25 MPa)
Acero de Refuerzo: S420 (Grado 60) (Resistencia cedente especificada del acero de refuerzo, fy = 420 MPa)
c (Peso Unitario del Concreto) = 25 kN/m³
Ec (Modulo de Elasticidad del Concreto)  25000 MPa
Es ( Modulo de Elasticidad del Acero) = 200000 MPa
2.2
Loads / Cargas
2.2.1 Gravity Loads / Cargas por Gravedad
DL:
Dead load



DL:
Self weight of the structure. Automatically taken by the program ETABS.
Roof load. Considered to be = 1.00 kN/m²
Masonry infill walls ( t=15cm thick wall). Considered to be = 2.0kN/m²
Carga Permanente



Peso propio de la estructura. Tomado automáticamente por el programa ETABS.
Carga en Techo. Se ha considerado = 1.00 kN/m²
Paredes interiores ( t=15cm espesor de pared). Se ha considerado = 2.0kN/m²
2.2.2 Seismic Loads / Cargas por Sismo.
The effective seismic weight of the structure W = DL + 0.25Lr (Lr=0) In the preliminary design stage , the
building is designed and detailed as ND2 in accordance with the COVENIN 1753.
EQX & EQY:
Earthquake base shear forces in X & Y direction (empirical) based on COVENIN 1756
Equivalent lateral load method.
El peso efectivo sísmico de la estructura W = DL + 0.25Lr (Lr=0). La edificacion sera diseñada y detallada
como ND2, como lo establece la norma COVENIN 1753.
EQX & EQY:
Fuerza Basal en la dirección X & Y (empírico) basado en la norma COVENIN 1756
Método Equivalente de cargas laterales.
5
Structural Design Report
Police Station
V0 =  Ad W >= ( A0 / R) W
Horizontal acceleration coefficient A0 =
0,20
Approximate period parameter Ct =
0,07
Building height hn =
3,50
m
Approximate fundamental period T =
(From Table 7.1) T* =
0,18
1,00
sec
sec
T0 =
0,25
sec
Reduction factor R =
4
(From Table 7.2) T+ =
(From Table 7.1)  =
(From Table 7.1) p =
0,30
2,80
1,00
(From Table 5.1) φ =
c=
0,70
1,09
GROUP B2
Importance factor = 1,00
T < T+
Ad =
0,107
T+ ≤ T ≤ T*
Ad =
0,098
T > T*
Ad =
0,547
V0 =  Ad W =
0,107
W
( A0 / R) W =
0,050
W
V0 =
0,107
W
No of stories N =
 =
 =
=
6
1
1,00
0,76
1,00
Structural Design Report
Police Station
V0 =  Ad W >= ( A0 / R) W
GROUP B2
Importance factor = 1,00
Horizontal acceleration coefficient A0 =
0,20
Approximate period parameter C t =
0,07
Building height hn =
3,50
m
Fundamental period (ETABS) Tx ≈ Ty =
0,24
sec
(From Table 7.1) T* =
T0 =
1,00
sec
0,25
sec
Reduction factor R=
(From Table 7.2) T+ =
(From Table 7.1)  =
(From Table 7.1) p =
0,30
2,80
1,00
(From Table 5.1) φ =
c=
0,70
1,09
No of stories N =
 =
 =
=
1
1,00
0,76
1,00
4
T < T+
Ad =
0,102
T+ ≤ T ≤ T*
Ad =
0,098
T > T*
Ad =
0,408
V0 =  Ad W =
0,102
W
( A0 / R) W =
0,050
W
V0 =
0,102
W
Spec. Res.Acc.Sa (g)
COVENIN Design Spectrum
1,60
1,40
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
Period, T (sec)
COVENIN Design Spectrum ( R=4 )
7
Structural Design Report
Police Station
2.3
Load Combinations / Combinaciones de Carga
Basic load combinations are as follows:
1. 1.4D
2. 1.2D + 1.6Lr
3. 1.2D ± 1.0E +0.5Lr
4. 0.9D ± 1.0E
D : Dead Load
Lr : Roof Live Load
E : Earthquake Load
Earthquake loads will be the combination 100 percent of the forces for one direction plus 30 percent of the
forces for the perpendicular direction.
Las combinaciones básicas de carga son las siguientes:
1. 1.4D
2. 1.2D + 1.6Lr
3. 1.2D ± 1.0E +0.5Lr
4. 0.9D ± 1.0E
D : Carga Permanente
Lr : Carga Variable en Techos
E : Efecto de Carga producidos por Sismo
Las cargas sísmicas serán la combinación del 100 por ciento de las fuerzas para una dirección mas el 30
porciento de las fuerzas para la dirección perpendicular a ella.
Load Combinations used for Design of Members
Number
dead
live
liveroof
eqx
eqy
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
1,4
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
1,2
1,2
0,9
0,9
1,6
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
-
0,5
1,6
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
-
0,3
-0,3
0,3
-0,3
0,3
-0,3
0,3
-0,3
0,3
-0,3
0,3
-0,3
0,3
-0,3
0,3
-0,3
0,3
-0,3
0,3
-0,3
-
0,3
-0,3
0,3
-0,3
0,3
-0,3
0,3
-0,3
0,3
-0,3
0,3
-0,3
-
spx/spxo spy/spyo eqxpmz
1
1
-
8
1
1
1
1
-1
-1
1
1
-1
-1
-
eqxnmz
eqypmz
eqynmz
1
1
-1
-1
1
1
-1
-1
-
1
1
-1
-1
1
1
-1
-1
-
1
1
-1
-1
1
1
-1
-1
-
Structural Design Report
Police Station
2.4
3-D Structural Model and Analysis Results / Modelo Estructural 3D y
Análisis de Resultados
3-D analysis model of the structure, loads applied on the structure and typical mode shapes are presented in
Appendix A, B and C.
Fundamental periods of the building for the both orthogonal directions are calculated by the program using
reduced stiffness values for the columns and beams. The building is modeled using rigid diaphragm. The
periods and mode participation ratios are given below.
El modelado y análisis en 3D, las cargas aplicadas a la estructura y formas modales serán presentados en el
Apéndice A, B and C.
Los periodos fundamentales del edificio para ambas direcciones ortogonales son calculadas por el
programa utilizando valores de rigidez reducidos de vigas y columnas. El edificio esta modelado utilizando
un diagrama ridido. Los periodos y valores de participación modal están presentados en la tabla siguiente.
Building Periods and Mass Participation Ratios
Mode
1
2
3
Period
0,27
0,25
0,23
UX
100,0
0,00
0,01
UY
0,00
99,8
0,20
UZ
0,00
0,00
0,00
SumUX
100,0
100,0
100,0
SumUY
0,00
99,8
100,00
SumUZ
0,00
0,00
0,00
Base shear forces calculated from 3D spectral analysis and equivalent lateral force (ELF) analysis method are
compared as shown in the Table below.
La fuerza basal calculada del análisis del espectro 3D y su equivalente análisis de fuerza lateral son
comparados en la tabla a continuación.
Base Shear Forces- 3D Spectral Analysis Results vs ELF
COVENIN
Story
Load
STORY1
DEAD
STORY1
LIVE
STORY1 LIVEROOF
P
904
0
0
VX
0
0
0
VY
0
0
0
T
0
0
0
MX
6281
0
0
MY
-3290
0
0
Story
STORY1
STORY1
STORY1
STORY1
STORY1
STORY1
Load
EQX
EQY
EQXPMZ
EQXNMZ
EQYPMZ
EQYNMZ
P
0
0
0
0
0
0
VX
-83
0
-83
-83
0
0
VY
0
-85
0
0
-85
-85
T
577
-308
577
577
-308
-308
MX
0
356
0
0
356
356
MY
-350
0
-350
-350
0
0
Story
STORY1
STORY1
Load
Specx
Specy
P
0
0
VX
83
25
VY
26
85
T
668
483
MX
108
357
MY
350
106
Modification Factor for X Dir.
1,00
Modification Factor for Y Dir.
9
1,00
Structural Design Report
Police Station
Maximum story drift shall be less than 0.0018 x 350 = 0.63cm = 6.3mm. Story drifts obtained from the
analysis are given below.
El desplazamiento o deriva máximo será menor que 0.0018 x 350 = 0.63cm = 6.3mm. El desplazamiento o
deriva de niveles obtenido del análisis esta presentado a continuación.
Story Drifts
COVENIN
2.5
Storey
Load
#
1
1
1
1
Text
EQXPMZ
EQXNMZ
EQYPMZ
EQYNMZ
Average
Abs.Drift
mm
1,80
1,80
1,50
1,50
Average Maximum Maximum Torsional
Rel. Drift Abs. Drift Rel. Drift Irregularity
mm
mm
mm
1,80
1,80
1,80
1,00
1,80
1,80
1,80
1,00
1,50
1,50
1,50
1,00
1,50
1,50
1,50
1,00
Ax
-
Design of Columns and Beams / Diseño de Vigas y Columnas
Reinforcement areas for columns and beams and also all necessary ductile design checks such as beam-tocolumn ratio, joint shear checks are automatically done by the software. The results are provided in tabulated
form in Appendix D.
Las areas de refuerzo para vigas y columnas asi como tambien todas las revisiones de ductilidad como la
relación viga columna, revision de nodos por corte son automáticamente realizadas por el software. Los
resultados están presentados de manera tabulada en el Apendice D
Design for column confinement at plastic hinge regions are performed using a spreadsheet program prepared
for it. The results for confinement for 300x300mm columns are provided below.
El diseño de confinamiento para columnas en zonas de rotulas plásticas es ejecutado utilizando una hoja de
cálculo preparada para tal fin. Los resultados de este confinamiento para columnas de 300x300mm están
expuestos más adelante.
Although greater diameter column hoop is required for 300x300mm columns a hoop diameter of #3(10M) is
considered to be sufficient taking into consideration of the column axial load which is not high. At column
confinement zone spacing of column hoops is 95mm. At column intermediate region it will also be 95mm in
accordance with the COVENIN 1753 (2006).
Aunque un diámetro mayor es requerido para los estribos de confinamiento de la columna de 300x300mm un
estribo #3 (10M) es considerado como suficiente tomando en cuenta la carga axial de la columna que no es
elevada. En la zona de confinamiento de la columna la separación de los estribos es de 95mm. En la región
intermedia de la columna será también de 95mm como lo establece la norma COVENIN 1753 (2006).
The beam ends are to be confined two times the depth of the beam.
Los extremos de las vigas serán confinados dos veces la profundidad de la viga.
10
Structural Design Report
Police Station
PROJECT NAME : SOCIAL BUILDINGS
BUILDING NAME : CIVIL DEFENCE
COLUMN SIZE
: 300x300mm
ACI 318-08 / COVENIN 1756 (2006)
TRANSVERSE REINFORCEMENT FOR CONFINEMENT AT PLASTIC HINGE REGIONS
Column Dimensions
Material Properties
bc,min =
300
mm
f'c =
25
MPa
bc,max =
300
mm
fy t =
420
MPa
Diameter of the Long. Reinforcement
=
16
mm
25
mm
Concrete Cover to tie
cc =
Diameter of the Trans. Reinforcement
43
mm
Gross Area of Column
Ag =
90000
62500
s=
mm
95
mm
Core Dimension of the Tied Column
mm²
Area of the Column Core
Ach =
10
Spacing for Trans. Reinforcement
Concrete Cover to long. Bar
d' =
=
bc,min =
240
mm
bc,max =
240
mm
mm²
Total Cross-Sectional Area of Trans. Reinforcement
(1) Ash = 0,30 s bc [(Ag/Ach)-1] (fc ' / fy t )
(2) Ash = 0,09 s bc (fc ' / fy t )
bc,min
Ash =
179
mm²
Ash =
122
mm²
bc,max
Ash =
179
mm²
Ash =
122
mm²
bc,min
Ash-max =
179
mm²
bc,max
Ash-max =
179
mm²
No of Legs of the Trans. Reinforcement
Required Area of Trans. Reinforcement
bc,min
Ash =
179
mm²
Perpendicular
Having an Angle
bc,max
Ash =
179
mm²
to the Axis
of  with the Axis
Required Area of Trans. Reinforcement
bc,min
 =
10,7
mm
bc,max
 =
10,7
mm
┴ bc,min
2
bc,min
┴ bc,max
2
bc,max
=
11
0
0
45
Structural Design Report
Police Station
3 SLAB DESIGN / DISEÑO DE LOSA
3.1
Loads on Roof Slab / Cargas en Losa de Techo
As explained in the preceding part of the report the following loads are considered on the roof slab.
Self weight of slab
Dead load
Live load
: 0.10x25 = 2.50 kN/m²
: 1.00 kN/m²
: 0.00 kN/m²
Design load
: 1.4 (2.50+1.00) = 4.90 kN/m²
The roof floor slab results are provided in Appendix E.
As,min = 0.0014 x 1000 x 130 = 182 mm²
As,min = 0.0018 x 1000 x 130 = 234 mm²
Como se explico anteriormente en el reporte las siguientes cargas son consideradas en la losa de techo:
Peso propio de la losa
Carga Permanente
Carga Variable
: 0.10x25 = 2.50 kN/m²
: 1.00 kN/m²
: 0.000 kN/m² (at roof level)
Carga de Diseño
: 1.4 (2.50+1.00) = 4.90 kN/m²
12
Structural Design Report
Police Station
PROJECT NAME : NEW FABRICIO OJEDA
BUILDING NAME : POLICE STATION
: +3.50 SLAB h=100mm
F L EX UR E D ES I G N
A C I 3 1 8 - 08
Factored moment at midspan
Strength reduction factor
concrete cover to bar center
effective section depth
Mu =
=
fc ' =
fy =
h=
d' =
d=
slab width
bw =
Compressive strength of concrete
Yield strength of reinforcing steel
section depth
Flexural Reinforcement ( As )
Calculated reinforcement area :
depth of rectangular stress block
a
As f y
0 . 85 f c'b w
a =

2,5
0,9
25
420
100
30
70
1000
MPa
MPa
mm
mm
mm
mm
2,0
mm


kNm
a 
 M n    As f y  d   
2


As,calc. =
100
mm2
slab width
bw =
6,5
0,9
25
420
100
30
70
1000
kNm
concrete cover to bar center
effective section depth
Mu =
=
fc ' =
fy =
h=
d' =
d=
MPa
MPa
mm
mm
mm
mm
5,0
mm
Area of reinforcement
PROJECT NAME : NEW FABRICIO OJEDA
BUILDING NAME : POLICE STATION
: +3.50 SLAB h=100mm
F L EX UR E D ES I G N
A C I 3 1 8 - 08
Factored moment at support (-)
Strength reduction factor
Compressive strength of concrete
Yield strength of reinforcing steel
section depth
Flexural Reinforcement ( As )
Calculated reinforcement area :
depth of rectangular stress block
a
As f y
0 . 85 f c'b w
a =



a 
 M n    As f y  d   
2

As,calc. =
Area of reinforcement
13
255

mm2
Structural Design Report
Police Station
4 FOUNDATION ANALYSIS AND RESULTS / ANALISIS DE FUNDACION Y
RESULTADOS
Type of foundation shall be spread footings interconnected by means of tie beams. Based on the
geotechnical report prepared by GEOTECNICA C.A Company allowable/permissible soil pressure of 1.701.90 kg/cm² (170-190kPa) is recommended for spread footings at 1.0m depth. For the design of footings
170kPa shall be used. Unit weight of compacted soil acting on the footings shall be taken 20kN/m³.
Foundations are modeled using the software SAFE as integrated with ETABS. All the actions from all load
combinations are automatically transferred from ETABS to SAFE for foundation analysis and design.
One type of spread footing (100x100x40cm) is selected for the foundation system. Foundation model, soil
pressure check and reinforcement design are presented in Appendix F.
Las fundaciones serán aisladas interconectadas por vigas de riostras. Basado en el estudio geotécnico
preparado por GEOTECNICA C.A la presión admisible del suelo recomendable se encuentra entre 1.70 y
1.90 kg/cm² (170-190kPa) con una profundidad de desplante de 1.0m. Para el diseño de zapatas 170kPa será
el valor a utilizar. El peso unitario del suelo compactado en contacto con la zapata será considerado
20kN/ m³.
Las fundaciones seran modeladas utilizando el software SAFE vinculado con el ETABS, todas las acciones
de todas las combinaciones de cargas son automáticamente transferidos del ETABS al SAFE para el diseño y
análisis de fundaciones.
Sera seleccionada un tipo de zapata (100x100x40cm) para el arreglo de fundaciones. El modelado de estas,
verificación de la presión admisible del suelo y diseño de acero de refuerzo seran presentados en el
Apendice F.
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Appendix A / Apéndice A
3-D Analysis Model of the Structure
Analisis y Modelado 3D de la Estructura
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3D Structural Models of the Building
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Appendix B / Apéndice B
Loads Applied to the Structure
Cargas Aplicadas a la Estructura
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Superimposed Dead Load on the Roof (1.00 kN/m²)
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Appendix C / Apéndice C
Mode Shapes / Formas Modales
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Police Station
1st Mode Shape ( T1=0.268s)
2nd Mode Shape ( T2=0.245s)
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Police Station
Appendix D / Apéndice D
Column and Beam Design Tables
Tablas de Diseño de Vigas y Columnas
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Column Demand-to-Capacity (DCR) Ratios
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Roof - Beam Reinforcement Area (cm²)
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Appendix E / Apéndice E
Slab Model & Bending Moments (ETABS Results)
Modelado de Losa y Momentos Flectores
(Resultados de ETABS)
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Slab Moment Diagram - M11 (kNm/m)
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Structural Design Report
Police Station
Slab Moment Diagram – M22 (kNm/m)
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Structural Design Report
Police Station
Appendix F / Apéndice F
Foundation Model & Design (SAFE Results) / Diseno y
Modelado de Fundacion (Resultados de SAFE)
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Foundation Soil Pressure – Load Combination 1 - DL (kPa)
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Structural Design Report
Police Station
Foundation Soil Pressure – Load Combination 20 (kPa)
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Structural Design Report
Police Station
Foundation Soil Pressure – Load Combination 24 (kPa)
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Foundation Reinforcement- X Direction (cm²)
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Police Station
Foundation Reinforcement- Y Direction (cm²)
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