AISC 341-16 Diseño de barra de momento en RFEM 6

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Los tres tipos de pórticos resistentes a momento (Ordinario, Intermedio, Especial) están disponibles en el complemento Cálculo de estructuras de acero de RFEM 6. El resultado del cálculo sísmico según AISC 341-16 se clasifica en dos secciones: requisitos de barras y requisitos de conexión.

Los detalles más detallados sobre la entrada de configuración sísmica se tratan en un artículo separado, KB 001761 | Cálculo sísmico AISC 341 en RFEM 6.

Requisitos de barra

Las siguientes comprobaciones de diseño para barras que forman parte del sistema resistente a fuerzas sísmicas (SFRS) están disponibles en RFEM. Las secciones enumeradas se refieren a las disposiciones sísmicas de AISC 341-16 [1].

  • Limitaciones de la anchura al espesor [sección D1.1]
  • Arriostramiento de estabilidad de vigas - Resistencia y rigidez requeridas [Sección D1.2a.1(b) para IMF y D1.2b para SMF]
  • Arriostramiento de estabilidad de vigas - Separación máxima [Sección D1.2a.1(c) para IMF y D1.2b para SMF]
  • Arriostramiento de estabilidad de vigas en posiciones de articulación - Resistencia necesaria [Sección D1.2c.1(b)]
  • Resistencia necesaria del pilar [Sección D1.4a]
  • Relación de esbeltez del pilar para una conexión sin arriostrar [Sección E3.4c.2b]

Limitaciones de la anchura al espesor para requisitos de ductilidad

Las barras en IMF se designan como barras moderadamente dúctiles según la sección E2.5a. Las barras en SMF se designan como barras altamente dúctiles según la sección E3.5a.

Ala del pilar

El ala del pilar de SMF debe satisfacer los requisitos de la sección D1.1 [1] de las Disposiciones sísmicas de AISC para barras altamente dúctiles. Esta comprobación de diseño se muestra como EQ 1200 en RFEM (imagen 1).

Alma del pilar

La relación anchura-espesor límite para almas de barras altamente dúctiles se determina utilizando el caso de carga determinante para la carga axial, como se estipula en la sección D1.4a [1]. El caso de carga determinante se basa en todas las combinaciones de carga, incluyendo solo la gravedad CO, CO con carga sísmica estándar y CO con carga sísmica de reserva de resistencia. Esta comprobación se muestra en EQ 1100 en RFEM (imagen 2).

De forma similar a los pilares, las comprobaciones de anchura y espesor también se realizan para las vigas.

Arriostramiento de estabilidad de vigas

La resistencia y rigidez requeridas de los arriostramientos de estabilidad se enumeran en la pestaña Arriostramiento de estabilidad por barra en "Requisitos sísmicos" (Imagen 3). Estos valores se pueden comparar con la resistencia y rigidez calculadas disponibles al calcular las barras de arriostramiento que enmarcan la viga. No hay detalles de comprobación de diseño disponibles (solo referencias).

Hay dos valores diferentes enumerados para las resistencias requeridas. El primer valor,Pbr, es aplicable para los arriostramientos de estabilidad que se encuentran fuera de la posición de la articulación plástica. Pbr se define en la ecuación A-6-7 del apéndice 6 de AISC 360-16 [3]:

Arriostramiento de estabilidad de vigas (resistencia necesaria)

Pbr = 0.02·(Mr·Cdho)

Pbr Resistencia necesaria del arriostramiento de la viga de estabilidad
Mr Resistencia necesaria a flexión de la viga. Mr = Ry Fy Z/ αs [AISC 341 Ecuación D1-1]
Cd Factor de doble curvatura = 1,0 [AISC 341, sección D1.2a(b)]
ho Distancia entre el centro de gravedad del ala ho = d - tf

El segundo valor más grande, Pr, es específicamente para los arriostramientos de estabilidad en la posición de la articulación plástica. Se define en la ecuación D1-4 de AISC 341-16 [1]:

Refuerzo de estabilidad de las vigas (resistencia necesaria en la articulación plástica)

Pr = 0.06·Ry·Fy·Z/(αs·ho)

Pr Resistencia necesaria del arriostramiento de la viga de estabilidad en la posición de la articulación plástica
Ry Relación entre el límite elástico esperado y el límite elástico mínimo especificado
Fy Mínima tensión de fluencia especificada
Z Módulo resistente plástico eficaz de una sección (o una conexión) en la posición de la articulación plástica
αs Factor de ajuste del nivel de fuerza LRFD-ASD = 1,0 para LRFD y 1,5 para ASD
ho Distancia entre el centro de gravedad del ala

La rigidez necesaria, βbr, se define en la ecuación A-6-8 del apéndice 6:

Arriostramiento de estabilidad de las vigas (rigidez necesaria)

βbr =1Φ·(10·Mr·CdLbr·ho)  (LRFD)βbr =Ω·(10·Mr·CdLbr·ho)  (ASD)

βbr Rigidez necesaria del arriostramiento de la viga de estabilidad
Mr Resistencia a flexión necesaria de la viga
Cd Factor de curvatura doble = 1.0
Lbr Separación máxima del arriostramiento de la viga de estabilidad
ho Distancia entre el centro de gravedad del ala

La separación máxima del arriostramiento de estabilidad debe cumplir los requisitos de la sección D1.2a.1(c) de AISC 341-16 para IMF y la sección D1.2b para SMF.

Arriostramiento de estabilidad de vigas (separación máxima)

Lbr = 0.19·ry·ERy·Fy  for IMFLbr = 0.095·ry·ERy·Fy  for SMF

Lbr Separación máxima del arriostramiento de la viga de estabilidad
ry Radio de giro alrededor del eje débil
E Módulo de elasticidad
Ry Relación entre el límite elástico esperado y el límite elástico mínimo especificado
Fy Mínima tensión de fluencia especificada

La comprobación de diseño para la separación máxima se presenta junto con los otros requisitos de barras en "Razones de cálculo de barras". El detalle de la comprobación de diseño se muestra en EQ 2100 (Imagen 4). La longitud arriostrada, Lb, es la longitud eficaz especificada para pandeo lateral (LTB).

Resistencia necesaria del pilar

Se requiere que todos los pilares que son parte del sistema resistente a fuerzas sísmicas (SFRS) se diseñen con las cargas de reserva de resistencia. En muchos casos, no es necesario combinar el esfuerzo axil amplificado con los momentos flectores concurrentes. La opción para omitir todos los momentos flectores, cortante y torsión en pilares para el estado límite de reserva de resistencia está activada de forma predeterminada. Esta opción se puede desactivar en la configuración sísmica.

Para combinaciones de carga estándar sin reserva de resistencia por efecto de carga sísmica, la carga combinada se comprueba según AISC 360-16, capítulo H.

Para combinaciones de carga con carga sísmica de reserva de resistencia, no se comprueban los capítulos F y H cuando se activa la opción para omitir todos los momentos flectores, cortante y torsión en pilares para el estado límite de sobrerresistencia. En el ejemplo 4.3.2 del manual sísmico [2], se debe considerar el caso de control de ambas combinaciones de carga, estándar y reserva de resistencia.

Los momentos flectores resultantes de una carga aplicada entre puntos de apoyo lateral pueden contribuir al pandeo del pilar. Por lo tanto, se requiere que se consideren simultáneamente con las cargas axiales desactivando la opción para omitir los momentos.

Relación de esbeltez del pilar para una conexión sin arriostrar

Para pilares en SMF sin arriostramiento de barra transversal en la conexión, el potencial de pandeo fuera del plano en la conexión se minimizará limitando la relación de esbeltez L/r para que sea igual o menor que 60, según la sección E3. 4c.2b [1]. Las conexiones sin arriostrar ocurren en casos especiales, como en un pórtico de dos pisos sin un piso intermedio.

En todos los demás casos, la opción para cumplir este requisito se puede desactivar en la Configuración sísmica.

Los requisitos de conexión se tratan en el artículo KB 001768 | Resistencia de la conexión del pórtico resistente a momentos según AISC 341-16 en RFEM 6.

Autor

Cisca Tjoa, PE

Cisca Tjoa, PE

Ingeniero de soporte técnico

Cisca es responsable del soporte técnico al cliente y el desarrollo continuo de los programas para el mercado norteamericano.

Palabras clave

Cálculo sísmico AISC 341-16 Estructura de acero Cálculo de acero Sísmica Coeficiente de reserva de resistencia Refuerzo de estabilidad Marco de momento

Referencia

[1]   AISC 341-16 Seismic Provisions for Structural Steel Building
[2]   AISC Seismic Design Manual, 3rd Edition
[3]   ANSI/AISC 360-16, Specification for Structural Steel Buildings

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  • Actualizado 27. febrero 2024

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