Cálculo de un pórtico arriostrado según AISC 341 en RFEM 6

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El cálculo de un pórtico ordinario arriostrado concéntricamente (OCBF) y un pórtico especial arriostrado concéntricamente (SCBF) se puede llevar a cabo en el complemento Cálculo de acero de RFEM 6. El resultado del cálculo sísmico según AISC 341-16 y 341-22 se clasifica en dos secciones: Requisitos de barras y requisitos de conexiones.

En el artículo se tratan más detalles en profundidad sobre la entrada de configuración sísmica 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 341-16/22 [1].

  • Limitaciones de la anchura al espesor [sección D1.1 y F1.5a]
  • SCBF Arriostramiento de estabilidad de vigas - Resistencia y rigidez requeridas [Secciones F2.4b y D1.2a.1(b)]
  • SCBF Arriostramiento de estabilidad de vigas - Separación máxima [Secciones F2.4b y D1.2a.1(c)]
  • Resistencia necesaria del pilar [Sección D1.4a]
  • Relación de esbeltez de la riostra [sección F1.5b para OCBF y F2.5b(a) para SCBF]

Limitaciones de la anchura al espesor para requisitos de ductilidad

Los arriostramientos en OCBF se designan como barras moderadamente dúctiles según la sección F1.5a. Todas las barras (arriostramientos, vigas, pilares) en SCBF se designan como barras altamente dúctiles según la sección F2.5a.

Los arriostramientos en OCBF deben satisfacer los requisitos de la sección D1.1 de las Disposiciones sísmicas de AISC para barras moderadamente dúctiles. Como excepción según la sección F1.5a, no es necesario que los arriostramientos en pórticos de sólo tracción con Lc/r mayor que 200 satisfagan el requisito de ductilidad. Esta comprobación de diseño se muestra como EQ 1300 en RFEM (Imagen 1).

Nota: Los pórticos solo traccionados no están permitidos en SCBF según la sección F2.4d.

Arriostramiento de estabilidad de vigas en SCBF

El requisito para el arriostramiento de estabilidad solo es aplicable para vigas en pórticos arriostrados en V y en V invertida según la sección F2.4b [1]. La resistencia y rigidez requeridas de los arriostramientos de estabilidad se enumeran en la pestaña Arriostramiento de estabilidad por barra en "Requisitos sísmicos" (Imagen 2). 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).

La resistencia necesaria, Pbr, se define en la ecuación A-6-7 del apéndice 6 de AISC 360-16/22 [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

Nota: Pr no es aplicable a pórticos arriostrados.

La rigidez requerida, βbr, se define en la ecuación A-6-8 del apéndice 6 de AISC 360-16/22 [3]:

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 satisfacer los requisitos de AISC 341-16/22, sección F2.4b, que hace referencia a la sección D1.2a.1(c):

Arriostramiento de estabilidad de vigas para SCBF (separación máxima)

Lbr = 0.19·ry·ERy·Fy  (AISC 341-16)Lbr = 0.17·ry·ERy·Fy  (AISC 341-22)

Lbr Separación máxima del arriostramiento de la viga de estabilidad
ry Radio de giro respecto al 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 las Razones de cálculo en barras. La longitud arriostrada, Lb, es la longitud eficaz especificada para pandeo lateral (LTB). El detalle de la comprobación de diseño se muestra en EQ 2100 (Imagen 3).

Resistencia necesaria del pilar

Se requiere que todos los pilares que son parte del sistema resistente a fuerzas sísmicas (SFRS) se diseñen con 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 360-16/22 Capítulo H.

Para combinaciones de carga con carga sísmica de reserva de resistencia, el capítulo H no se aplica cuando se activa la opción para omitir todos los momentos flectores, cortante y torsión en pilares para el estado límite de reserva de resistencia. El ejemplo 4.3.2 del Manual de diseño sísmico [2] muestra el cálculo utilizando 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 al desactivar la opción para omitir los momentos (Imagen 4).

Relación de esbeltez de los arriostramientos

Para arriostramientos en pórticos en V o en V invertida en OCBF, la relación de esbeltez Lc/r debe ser menor o igual que 4*√(E/Fy ) según la sección F1.5b [1]. La intención es limitar las fuerzas desequilibradas que se desarrollan en las barras de la estructura después del pandeo de la riostra. Esta comprobación de diseño se muestra como EQ 3300 en RFEM (imagen 5).

Para arriostramientos en configuración en X, la opción para cumplir este requisito se puede desactivar en la Configuración sísmica.

Para arriostramientos en SCBF, la relación de esbeltez Lc/r debe ser menor o igual a 200, según la sección F2.5b(a) [1]. Esta comprobación de diseño se muestra como EQ 3310 en RFEM (imagen 6).

Requisitos de conexión

Los requisitos sísmicos incluyen la resistencia a tracción de la conexión necesaria y la resistencia a la compresión de la conexión necesaria de la riostra. Se enumeran en la pestaña Conexión de riostras por barra (Imagen 7). Los detalles de la comprobación de diseño no están disponibles para las resistencias de la conexión. Sin embargo, las ecuaciones y referencias de la norma se enumeran en la tabla.

Los símbolos y definiciones se muestran en las siguientes fórmulas:

Resistencia a tracción necesaria de la conexión de riostras (OCBF y SCBF)

Ry·Fy·Ag/αs

Ry Relación entre el límite elástico esperado y el límite elástico mínimo especificado
Fy Mínima tensión de fluencia especificada
Ag Área bruta de la riostra
αs Factor de ajuste del nivel de fuerza LRFD-ASD = 1,0 para LRFD y 1,5 para ASD

Resistencia a compresión necesaria de la conexión de riostras

1.1·Fcre·Ag/αs      for OCBF (341-16)1.14·Fcre·Ag/αs    for SCBF (341-16 & 341-22)Fne·Ag/αs                for OCBF (341-22)

Fcre Tensión crítica de pandeo de la sección E de AISC 360-16 utilizando el límite elástico esperado, Ry Fy
Ag Área bruta de la riostra
αs Factor de ajuste del nivel de fuerza LRFD-ASD = 1,0 para LRFD y 1,5 para ASD
Fne Tensión nominal de la sección E de AISC 360-22 utilizando el límite elástico esperado, Ry Fy

Nota: El cálculo con capacidad limitada basado en las resistencias arriostradas esperadas estará disponible en la próxima versión.

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 Arriostramiento de estabilidad Pórtico arriostrado AISC 341-22 AISC 341

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
[4]   AISC 341-22. Seismic Provisions for Structural Steel Buildings. (2022). American Institute of Steel Construction.
[5]   ANSI/AISC 360-22, Specification for Structural Steel Buildings

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  • Actualizado 28. febrero 2024

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