Framework Estructural Showcase

Repositorio documental de un framework propio para análisis, validación normativa y optimización estructural de edificios de acero.

Este proyecto integra Python, OpenSeesPy, DEAP/NSGA-II y generación automática de reportes técnicos para modelar, analizar y optimizar estructuras metálicas mediante un flujo reproducible y trazable.

Nota: este repositorio funciona como versión showcase/documental. El código fuente completo no se publica en su totalidad por tratarse de un proyecto académico/profesional en desarrollo.

Enfoque técnico

• Modelado estructural 3D con OpenSeesPy.
• Análisis modal y respuesta espectral CQC.
• Revisión de derivas, desplazamientos, demanda/capacidad y esbeltez.
• Diseño LRFD de elementos de acero.
• Optimización multiobjetivo mediante NSGA-II.
• Generación automática de reportes en Markdown, CSV y JSON.
• Validación contra software comercial y ejercicios de referencia.

Caso aplicado

El framework fue aplicado a un edificio metálico de departamentos estudiantiles de cuatro niveles, evaluando alternativas estructurales y seleccionando un sistema con marcos a momento y contravientos Chevron en X.

Resultados principales:

• Peso de acero aproximado: 44.84 t
• D/C máxima global: 0.793
• Deriva máxima de servicio: 0.000816
• Desplazamiento de azotea: 8.35 mm
• Candidato adoptado: Rank 55

Este proyecto integra Python, OpenSeesPy, DEAP/NSGA-II y generación automática de reportes técnicos para modelar, analizar y optimizar estructuras metálicas mediante un flujo reproducible y trazable.

Nota: este repositorio funciona como versión showcase/documental. El código fuente completo no se publica en su totalidad por tratarse de un proyecto académico/profesional en desarrollo.

Cómo leer este repositorio

Este repositorio está organizado como una vitrina técnica del framework. No busca publicar todo el código fuente, sino mostrar la arquitectura, documentación, reportes generados y evidencia del flujo computacional.

Carpetas principales

• docs/ Documentación técnica del framework: arquitectura, UML, convenciones de modelado y criterios de orientación de perfiles.

• reportes_generados/ Ejemplos de salidas automáticas producidas por el framework, incluyendo memorias, CSV, JSON, revisiones LRFD, deflexiones, fuerzas internas y trazabilidad de resultados.

• resultados_optimizacion/ Archivos asociados al proceso de optimización, candidatos evaluados, resultados de desempeño y selección de alternativas estructurales.

Lectura recomendada

1. Revisar primero este README.md.
2. Abrir la documentación de arquitectura en docs/.
3. Revisar los reportes automáticos en reportes_generados/.
4. Consultar los resultados de optimización para entender la selección del candidato estructural adoptado.

Enfoque técnico

• Modelado estructural 3D con OpenSeesPy.
• Análisis modal y respuesta espectral CQC.
• Revisión de derivas, desplazamientos, demanda/capacidad y esbeltez.
• Diseño LRFD de elementos de acero.
• Optimización multiobjetivo mediante NSGA-II.
• Generación automática de reportes en Markdown, CSV y JSON.
• Validación contra software comercial y ejercicios de referencia.

Caso aplicado

El framework fue aplicado a un edificio metálico de departamentos estudiantiles de cuatro niveles, evaluando alternativas estructurales y seleccionando un sistema con marcos a momento y contravientos Chevron en X.

Resultados principales:

• Peso de acero aproximado: 44.84 t
• D/C máxima global: 0.793
• Deriva máxima de servicio: 0.000816
• Desplazamiento de azotea: 8.35 mm
• Candidato adoptado: Rank 55

Framework en Python para modelado, analisis, validacion normativa, optimizacion genetica y generacion de memorias tecnicas de estructuras metalicas y mixtas.

El proyecto integra:

• OpenSeesPy para el analisis estructural.
• DEAP para optimizacion genetica multiobjetivo NSGA-II.
• Streamlit y Plotly para interfaz visual.
• SQLite para catalogos IMCA de perfiles.
• Excel como fuente externa de datos del proyecto.
• Markdown, CSV y JSON para trazabilidad de resultados.

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Estado Actual

El framework ya cuenta con:

• Modelo 3D parametrico desde Excel.
• Lectura de nodos, elementos, cargas, combinaciones y configuracion.
• Convencion documentada de Orientacion_Beta para perfiles IR.
• Catalogo IMCA desde SQLite.
• Materiales por familia: IR=A992, OR/OR rellenos=A500 Gr B y A36 como base.
• Espectro de diseno parametrico desde Excel.
• Analisis modal con seleccion automatica de modos por participacion modal minima.
• Respuesta espectral CQC.
• Peso propio automatico de elementos.
• Auditoria de masas, preflight de entrada y constructibilidad.
• Validacion normativa global: D/C, derivas, desplazamiento de azotea, esbeltez y cortante basal.
• Reglas de constructibilidad: espesor minimo, continuidad vertical de columnas, telescopia, ancho en nudos y CFVD segun sistema lateral.
• Optimizador NSGA-II con multiprocessing.
• Evaluacion LRFD detallada dentro de la optimizacion cuando esta activa.
• Exportacion de frente Pareto y candidatos elite con motivos de seleccion.
• Limpieza automatica de corridas antiguas.
• Alias amigables para corridas.
• Interfaz Streamlit.
• Memorias automaticas con evidencia Markdown, JSON y CSV.

Cambios recientes integrados:

• Demanda local gravitacional de vigas: redistribuye cargas nodales tributarias como carga distribuida equivalente por claro fisico.
• Diseno LRFD detallado de vigas IR por flexion, cortante, flexion+cortante y flecha.
• Diseno LRFD detallado de columnas OR simples por compresion, flexion, cortante e interaccion axial-flexion biaxial.
• Diseno LRFD detallado de columnas IR por pandeo flexional y torsional, esbeltez local, flexion fuerte/debil, cortante e interaccion axial-flexion biaxial.
• Diseno axial LRFD de contravientos OR por tension y compresion, incluyendo pandeo global y clasificacion local.
• Exportacion de fuerzas internas LRFD por elemento, combinacion y extremo.
• Envolventes LRFD por elemento y por grupo de diseno.
• Reacciones de base para cimentacion preliminar: detalle por apoyo, resumen por combinacion y envolvente por nodo.
• Memoria de calculo ampliada con deflexiones verticales, fuerzas LRFD, diseno detallado y reacciones de cimentacion.

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Abrir el Programa

Forma recomendada:

.\run_interfaz_streamlit.ps1

Luego abrir:

http://localhost:8501

Alternativa directa:

.\.venv\Scripts\python.exe -m streamlit run interfaz_streamlit.py --server.port 8501

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Flujo de Trabajo

1. Preparar el Excel en auxiliares/1_Nodos_y_Geometria.xlsx o en la carpeta de insumos elegida.
2. Abrir la interfaz.
3. Revisar modelo 3D, grupos, orientacion beta y espectro.
4. Ejecutar analisis del edificio base.
5. Revisar normativa, derivas, masas, constructibilidad, deflexiones y fuerzas LRFD si aplica.
6. Configurar optimizacion.
7. Lanzar corrida piloto, mediana o grande.
8. Revisar frente Pareto y candidatos elite.
9. Aplicar candidato elite si se desea generar evidencia de esa propuesta.
10. Generar memoria de calculo y archivos CSV/JSON.

Regla operativa: el framework lee el Excel, pero no debe modificarlo sin autorizacion explicita del usuario.

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Estructura del Proyecto

.
|-- interfaz_streamlit.py
|-- contexto_proyecto.py
|-- run_interfaz_streamlit.ps1
|-- auxiliares/
|-- core/
|-- data/
|-- config/
|-- analysis/
|   |-- builders/
|   |-- solvers/
|   |-- results/
|   |-- validation/
|   |-- design/
|-- optimization/
|-- herramientas/
|   |-- diagnostico/
|   |-- optimizacion/
|   |-- reportes/
|   |-- legacy/
|-- reportes/
|-- resultados_optimizacion/
|-- reportes_generados/
|-- docs/

Modulos principales

• contexto_proyecto.py: construccion comun del proyecto para interfaz, CLI y reportes.
• interfaz_streamlit.py: aplicacion visual.
• auxiliares/: lectura de Excel.
• core/: dominio estructural: nodos, elementos, secciones, materiales y edificio.
• data/: catalogos SQLite IMCA.
• config/: espectro de diseno.
• analysis/: construccion OpenSees, solvers, resultados, validaciones y diseno local.
• optimization/: genotipo, constructibilidad, embudo, objetivos y motor genetico.
• herramientas/: scripts CLI de diagnostico, optimizacion y reportes.
• reportes/: generacion de memoria y evidencia.

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Interfaz Streamlit

La interfaz tiene cinco areas principales:

Modelo

• KPIs del edificio.
• Visualizacion 3D.
• Resumen por tipo y grupo de diseno.
• Orientacion beta.
• Espectro de diseno con fondo blanco, lineas limpias, texto negro y leyenda formal.
• Parametros del espectro leidos desde Excel.

Analisis

• Ejecuta el motor validado.
• Muestra resumen normativo.
• Muestra constructibilidad.
• Grafica distorsiones.
• Permite auditorias de deflexion vertical y fuerzas internas LRFD.

Optimizacion

• Configura poblacion, generaciones, nucleos, cruce, mutacion y seed.
• Permite objetivo de deriva automatico o manual.
• Permite alias de corrida.
• Permite forzar columnas OR simples sin editar Excel.
• Lanza el optimizador por subprocess para estabilidad en Windows.

Resultados

• Lista corridas con nombre tecnico y alias amigable.
• Permite editar alias visible.
• Muestra KPIs del frente Pareto.
• Muestra ranking Pareto, candidatos elite y frente completo.
• Grafica peso, D/C y deriva.
• Permite identificar motivos de seleccion: menor peso, D/C eficiente, deriva equilibrada, menor esbeltez y mejor balance.

Memoria

• Genera memoria de calculo del edificio actual o del candidato aplicado.
• Exporta Markdown, evidencia JSON y tablas CSV.

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Comandos Utiles

Validar entrada:

.\.venv\Scripts\python.exe -X utf8 -m herramientas.diagnostico.validar_entrada --ruta-insumos auxiliares\Pruebas\Proyecto_4_pisos_chevr_X

Auditar masas:

.\.venv\Scripts\python.exe -X utf8 -m herramientas.diagnostico.auditar_masas --ruta-insumos auxiliares\Pruebas\Proyecto_4_pisos_chevr_X

Auditar constructibilidad:

.\.venv\Scripts\python.exe -X utf8 -m herramientas.diagnostico.auditar_constructibilidad --ruta-insumos auxiliares\Pruebas\Proyecto_4_pisos_chevr_X

Auditar deflexiones verticales:

.\.venv\Scripts\python.exe -X utf8 -m herramientas.diagnostico.auditar_deflexiones --ruta-insumos auxiliares\Pruebas\Proyecto_4_pisos_chevr_X

Exportar fuerzas LRFD:

.\.venv\Scripts\python.exe -X utf8 -m herramientas.diagnostico.exportar_fuerzas_lrfd --ruta-insumos auxiliares\Pruebas\Proyecto_4_pisos_chevr_X

Corrida parametrica:

.\.venv\Scripts\python.exe -X utf8 -m herramientas.optimizacion.correr_optimizacion_cli --ruta-insumos auxiliares\Pruebas\Proyecto_4_pisos_chevr_X --poblacion 72 --generaciones 32 --nucleos 8 --lrfd-detallado rapido --columnas-or-simples

Corrida grande usada en el flujo final:

.\.venv\Scripts\python.exe -X utf8 -m herramientas.optimizacion.correr_optimizacion_cli --ruta-insumos auxiliares\Pruebas\Proyecto_4_pisos_chevr_X --poblacion 96 --generaciones 48 --nucleos 8 --prob-cruce 0.85 --prob-mutacion 0.35 --objetivo-deriva auto --dc-meta 0.80 --dc-max-diseno 0.95 --factor-dc-sobre-meta 6.0 --lrfd-detallado rapido --columnas-or-simples

Generar memoria del edificio del Excel:

.\.venv\Scripts\python.exe -X utf8 -m herramientas.reportes.generar_memoria_cli --ruta-insumos auxiliares\Pruebas\Proyecto_4_pisos_chevr_X

Generar memoria desde elite:

.\.venv\Scripts\python.exe -X utf8 -m herramientas.reportes.generar_memoria_cli --ruta-insumos auxiliares\Pruebas\Proyecto_4_pisos_chevr_X --elite-csv resultados_optimizacion\corrida_x\elite_candidatos.csv --rank 55

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Optimizacion

El optimizador usa NSGA-II con tres objetivos:

1. Minimizar peso penalizado.
2. Buscar eficiencia demanda/capacidad sin exceder el limite normativo.
3. Equilibrar la utilizacion de deriva para no premiar edificios innecesariamente rigidos.

El motor evalua cada individuo con:

perfil comercial
-> constructibilidad
-> embudo preliminar
-> OpenSeesPy
-> normativa global
-> LRFD detallado si esta activo
-> fitness

Objetivo de deriva automatico

El sistema detecta la presencia de contravientos:

• Sistema arriostrado: min=0.25, meta=0.35.
• Marco a momento: min=0.35, meta=0.80.

LRFD dentro de la optimizacion

Cuando Validar_LRFD_Detallado_Optimizacion esta activo, el evaluador revisa:

• Vigas IR: flexion, cortante, flexion+cortante, PLT, pandeo local y flecha.
• Columnas IR: pandeo por ambos ejes y torsional, esbeltez local, flexion fuerte/debil, cortante e interaccion P-M biaxial.
• Columnas OR simples: compresion, flexion, cortante e interaccion P-M biaxial.
• Contravientos OR: tension, compresion, pandeo global y clasificacion local.

El modo rapido aprovecha resultados ya calculados en el loop; la exportacion final reevalua candidatos elite con evidencia completa.

Exportacion

Cada corrida exporta:

• frente_pareto.csv/json
• elite_candidatos.csv/json
• resumen.json

Los candidatos elite incluyen motivos de seleccion:

• menor peso
• D/C mas eficiente
• deriva de servicio mas eficiente
• deriva de colapso mas eficiente
• deriva equilibrada
• menor esbeltez
• mejor balance global
• top por peso

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Reportes y Memorias

La memoria automatica incluye:

• alcance
• modelo analizado
• metodologia general
• auditoria de masas
• analisis modal
• resumen normativo
• constructibilidad
• distorsiones de entrepiso
• deflexiones verticales por claros fisicos
• reacciones de base para cimentacion preliminar
• fuerzas internas LRFD por elemento y extremo
• diseno LRFD de vigas IR
• diseno detallado de columnas OR
• diseno axial de contravientos OR
• tablas resumen de elementos criticos
• dictamen automatico

La generacion de memoria produce, segun el caso:

• *.md
• *_evidencia.json
• *_columnas.csv
• *_deflexiones.csv
• *_reacciones_base_detalle.csv
• *_reacciones_base_resumen.csv
• *_reacciones_base_envolvente.csv
• *_reacciones_base.json
• *_fuerzas_lrfd_detalle.csv
• *_fuerzas_lrfd_envolvente.csv
• *_fuerzas_lrfd_envolvente_grupos.csv
• *_diseno_vigas_ir_flexion.csv/json
• *_diseno_columnas_or.csv/json
• *_diseno_contravientos_or.csv/json

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Validaciones Actuales

El framework revisa:

• consistencia de entrada
• masas y peso propio
• participacion modal minima
• espectro y combinaciones
• derivas de servicio
• derivas de colapso
• desplazamiento de azotea
• D/C maximo
• esbeltez de columnas
• cortante basal dinamico vs minimo
• constructibilidad
• demanda/capacidad biaxial para elementos compatibles
• deflexiones verticales de vigas
• fuerzas LRFD y envolventes
• reacciones de base para cimentacion preliminar

La convencion de ejes locales y orientacion de perfiles IR se documenta en 04_Convencion_Orientacion_Beta.md.

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Limitaciones y Riesgos Conocidos

El flujo productivo actual es elastico lineal con respuesta espectral.

No estan en produccion todavia:

• pushover
• rotulas plasticas
• modelos de fibras
• tiempo-historia no lineal
• IDA
• degradacion ciclica
• diseno completo de conexiones
• bloque de cortante y area neta en tension de conexiones de contravientos
• diseno LRFD detallado de columnas OR rellenas
• cimentacion formal; solo se exportan reacciones para predimensionamiento

Notas tecnicas importantes:

• Las combinaciones CQC se reportan como envolventes positivas; no conservan un signo concurrente unico.
• Las reacciones de base CQC usan envolvente absoluta de gravedad mas sismo, consistente con el criterio de fuerzas LRFD.
• En vigas IR, Cb=1.0 y Lb se toma entre nodos salvo configuracion explicita; se debe confirmar el arriostramiento lateral real del patin comprimido.
• El factor de resistencia a cortante en los modulos LRFD esta pendiente de parametrizacion normativa; actualmente el codigo conserva FR_CORTANTE=0.90 en vigas y columnas hasta que se defina el valor final de proyecto.

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Roadmap

Corto plazo

• Parametrizar factores de resistencia LRFD desde configuracion.
• Mejorar memorias por familia de elementos.
• Agregar comparadores automaticos entre corridas.
• Guardar imagenes del modelo y espectro en memoria.

Mediano plazo

• Diseno de conexiones.
• Modulo auxiliar de cimentacion preliminar.
• Revision LRFD de columnas OR rellenas.
• Analisis pushover para candidatos elite.

Largo plazo

• Tiempo-historia no lineal.
• Modelos de dano.
• Optimizacion robusta.
• Surrogate models.
• Integracion BIM.

Estado del proyecto

El framework se encuentra en desarrollo y mejora continua. La versión mostrada en este repositorio corresponde a una etapa documental/showcase, enfocada en demostrar arquitectura, flujo de análisis, validación técnica, optimización estructural y generación automática de reportes.

El código fuente completo no se publica en su totalidad para proteger el desarrollo académico/profesional del proyecto.