Resistencia de conexión del marco de momento AISC 341-16 en RFEM 6

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Este artículo trata sobre la resistencia necesaria de la conexión.

Los requisitos de la barra se tratan en un artículo separado, KB 001767 | AISC 341-16 Cálculo de barras de pórticos resistentes a momentos en RFEM 6.

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

Requisitos de conexión

Los "Requisitos sísmicos" incluyen la resistencia a flexión necesaria y la resistencia a cortante necesaria de la conexión viga-pilar. Se enumeran en la pestaña Conexión de pórtico resistente por barra. Los detalles de la comprobación de diseño no están disponibles para la resistencia de la conexión. Sin embargo, se enumeran las ecuaciones y referencias de la norma. Los símbolos y definiciones se resumen en la siguiente tabla (Imagen 1).

AISC Seismic Design Manual - Ejemplo 4.3.7 Cálculo de una conexión de placa de ala atornillada (BFP) SMF

Para simplificar, el modelo de RFEM consiste solo en un solo pórtico en lugar de todo el edificio que se presenta en el ejemplo de AISC (Imagen 2). La carga de gravedad en la viga = 1,15 kip/ft.

La numeración de los pasos en este ejemplo sigue el procedimiento de diseño paso a paso descrito en AISC 358-16 Sección 7.6 [3].

Paso 1. Calcular el momento máximo probable en la posición de la articulación plástica, Mpr

Momento máximo probable

Mpr = Cpr·Ry·Fy·ZeMpr = 1.15·1.1·50 ksi·200 in3Mpr = 12650 kip·in

Mpr Momento máximo probable en la bisagra de plástico
Cpr Factor para tener en cuenta la resistencia máxima de la conexión (endurecimiento por deformación) según AISC 358.
Cpr = (Fy + Fu )/(2Fy ) ≤ 1,2
Ry Relación entre la tensión de fluencia esperada y la tensión de fluencia mínima especificada
Fy Mínima tensión de fluencia especificada
Ze Módulo de sección de plástico efectivo de la sección en la bisagra de plástico

Los pasos 2 a 5 contienen los requisitos de los pernos y están fuera del alcance del complemento Cálculo de acero.

Paso 6. Calcular los esfuerzos cortantes en la posición de la articulación plástica de la viga, Vpr + Vg

Fuerzas de cortante en la articulación plástica

Vpr+Vg = 2·MprLh + wu·Lh2Vpr+Vg = 2·12650 kip·in299.8 in + 1.15 kipft·299.8 in2Vpr+Vg = 84.4 kips + 14.4 kipsVpr+Vg = 98.8 kips

Vpr Cortante necesario para producir el momento máximo probable en la articulación plástica
Vpr = 2Mpr/Lh
Vg Cortante por cargas de gravedad en la ubicación de la bisagra de plástico
Vg = wu Lh/2

Mpr Momento máximo probable en la ubicación de la bisagra de plástico
Lh Distancia entre las ubicaciones de las bisagras de plástico
Lh =Viga L - dc - 2Sh = 360.0 in - 15.20 in - 2 * 22.50 in = 299.8 in
Lh es igual a Lcf (longitud libre de la viga) cuando se omite la ubicación de la bisagra plástica
wu Cargas de gravedad en la viga

Paso 7. Determinar el momento esperado en la cara del ala del pilar, Mf

Momento esperado en la cara del pilar

Mf = Mpr + MextraMf = Mpr + (Vpr+Vg)ShMf = 12650 kip·in + 98.8 kips22.50 inMf = 14872 kip·in

Mf Momento esperado en la cara de la columna
Mpr Momento máximo probable en la ubicación de la bisagra de plástico
Mextra Momento adicional de la fuerza cortante en la ubicación de la bisagra plástica
Vpr + Vg Fuerzas cortantes en la ubicación de la bisagra plástica
Sh Distancia desde la cara de la columna hasta la ubicación de la bisagra de plástico

La ecuación anterior omite la carga de gravedad en la pequeña porción de la viga entre la articulación plástica y la cara del pilar (1,15 kip/ft*6,00 m = 2,16 kip*22,5 in = 48,6 k-in). Se permite incluir este valor [3].

Paso 14. Determine la resistencia a cortante necesaria en la cara del pilar, Vu

La resistencia a cortante necesaria en la cara del pilar se usa para calcular la conexión a cortante del alma de la viga con el pilar (placa simple).

Resistencia a cortante necesaria en la cara del pilar

Vu =Vpr + Vg (at face of column) Vu = 2·MprLh + wu·Lcf2Vu = 84.4 kips + 1.15 kipft·344.8 in2Vu = 84.4 kips + 16.5 kipsVu = 100.9 kips

Vu Resistencia al corte requerida en la cara del pilar
V pr Cortante necesario para producir el momento máximo probable en la ubicación de la bisagra plástica

Vg (en la cara de la columna) Cortante por cargas de gravedad en la cara de la columna
wu Cargas de gravedad en la viga
Lcf Longitud clara de la viga
Lcf =Viga L - dc = 360.0 in - 15.2 in = 344.8 in

Para ser más precisos, el cálculo anterior muestra Vg tomado en la cara del pilar en lugar de en la línea central (como se muestra en el ejemplo de AISC [2]). La pequeña diferencia se puede ver en los diagramas de cortante (Imagen 3).

Los valores obtenidos de las fórmulas anteriores se pueden comparar con el resultado producido por RFEM en los "Requisitos sísmicos" (Imagen 1). Las pequeñas discrepancias se deben al redondeo. El resultado también se puede incluir en el informe (Imagen 4).

Los procedimientos detallados para el cálculo de pernos, chapas de ala, chapas simples, chapas de continuidad y chapas dobles no forman parte del alcance. Por lo tanto, se omitieron los pasos para estas comprobaciones en este artículo.

También se enumera la demanda de momento y cortante basada en el peor de los casos de las combinaciones de carga de reserva de resistencia, Ωo M y Ωo V. Para el cálculo de pórticos resistentes a momento (OMF), los aspectos potencialmente limitantes de la resistencia de la conexión incluyen la carga sísmica de reserva de resistencia [Sección 4.2(b) del Manual de diseño sísmico de AISC].

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 unión Análisis de conexiones OMF IMF SMF

Referencia

[1]   AISC 341-16 Seismic Provisions for Structural Steel Building
[2]   AISC Seismic Design Manual, 3rd Edition
[3]   AISC 358-16 Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications

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  • Actualizado 28. febrero 2024

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