NBC 2020 Análisis del espectro de respuesta modal y consideraciones de cortante en la base en RFEM 6

Artículo técnico sobre el tema del análisis de estructuras usando Dlubal Software

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El artículo 4.1.8.7 del Código Nacional de Construcción de Canadá (NBC) de 2020 proporciona un procedimiento claro para los métodos de análisis sísmico. El método más avanzado, el Procedimiento de análisis dinámico en el Artículo 4.1.8.12, se debe utilizar para todos los tipos de estructuras, excepto aquellas que cumplen los criterios establecidos en 4.1.8.7. El método más simplista, el Procedimiento de la fuerza estática equivalente (ESFP) en el artículo 4.1.8.11, se puede utilizar para todas las demás estructuras.

Para las estructuras que cumplen los requisitos para el Procedimiento de análisis dinámico, hay dos submétodos adicionales definidos en 4.1.8.12 [1], incluido un Análisis dinámico lineal, con un Método del espectro de respuesta modal o el Método de integración numérica lineal en el dominio del tiempo, o un Análisis no lineal Análisis dinámico. Este artículo se centrará en un método del espectro de respuesta modal (RSA) y los requisitos adicionales de cortante en la base definidos en NBC 2020.

NBC 2020 Variaciones de cortante en la base

Suponiendo que se calcule un RSA según NBC 2020, que está más allá del alcance de este artículo, el esfuerzo cortante en la base se puede determinar en la planta inferior de la estructura en cada una de las direcciones ortogonales donde se aplica la carga sísmica lateral. Una serie de pasos en el Artículo 4.1.8.12 [1] define las diversas variaciones de cortante en la base necesarias para escalar finalmente los cortantes de la planta, los esfuerzos de la planta, los esfuerzos en las barras y la flecha, si es necesario.

Paso 1: en la oración (5) [1], el esfuerzo cortante elástico en la base, Ve, se debe determinar a partir de un análisis dinámico lineal, que es el primer paso para comprender los requisitos de cortante en la base NBC. Ve no debería incluir ningún factor adicional o escala aplicada al espectro de respuesta.

Paso 2: Determinar el esfuerzo cortante elástico en la base ajustado, Ved, también conocido como el "esfuerzo elástico lateral ajustado en la base de la estructura", según la frase (6) [1] utilizando Ve determinado a partir de la frase (5) [ 1]. Para todas las estructuras ubicadas en sitios distintos de XF y que tienen un sistema resistente a la fuerza sísmica (SFRS) con un factor de modificación de la fuerza relacionada con la ductilidad, Rd, igual o mayor que 1.5, entonces Ve se debe multiplicar por el mayor de los dos factores siguientes para obtener Ved :

NBC 2020 Cálculo de cortante elástico en la base, Ve, factor

Max 2 S(0.2)3 S(Ta)  1.0 , S(0.5)S(Ta)  1.0 

S(0.2) Aceleración de respuesta espectral de cálculo para el período de tiempo T = 0,2 s
S(0.5) Aceleración de respuesta espectral de cálculo para el período de tiempo T = 0,5 s
S(Ta) Aceleración de respuesta espectral de cálculo para el período lateral fundamental de la estructura en la dirección considerada

Paso 3: el Ved determinado previamente se debería multiplicar por el factor de importancia, Ie, dado en el Artículo 4.1.8.5 [1] y dividirlo por el factor de modificación de la fuerza relacionado con la ductilidad multiplicado por el factor de modificación de la fuerza relacionado con la reserva de resistencia, Rd Ro, que se encuentra en la Tabla 4.1.8.9 [1] para determinar el esfuerzo sísmico lateral especificado, Vd.

Paso 4: Determinar el esfuerzo sísmico lateral especificado, V, dado en el Artículo 4.1.8.11 [1] según el ESFP simplificado.

Requisitos básicos de escala de cortante de NBC 2020

Con la información anterior en colaboración con4.1.8.12 (8) [1], si Vd del paso 3 es menor que el 80% de V del paso 4, entoncesVd se debe tomar como 0.8V para todas las estructuras regulares e irregulares se permite calcular con el Procedimiento de la fuerza estática equivalente.

Para todas las estructuras irregulares, que requieren un análisis dinámico especificado en 4.1.8.7 [1], así como estructuras de madera de más de 4 plantas, que cumplen los criterios establecidos en4.1.8.12 (12) [1], entonces Vd será se toma como el mayor de Vd o el 100% de V indicado en4.1.8.12 (9) [1].

Además de estos mínimos, el factor de escala Vd/Ve se debe aplicar a los esfuerzos cortantes elásticos de la planta, los esfuerzos de la planta, los esfuerzos en las barras y las flechas, incluyendo los efectos de la torsión accidental para determinar los valores de cálculo de 4.1.8.12(10) [ 1].

Aplicación de cortante en la base de NBC 2020 en RFEM 6

Con las variaciones múltiples para el cortante en la base discutidas en NBC 2020, puede ser difícil determinar qué variante del cortante en la base se proporciona cuando se ejecuta un análisis de espectros de respuesta según la norma en el programa de análisis estructural RFEM 6.

Al utilizar el complemento Análisis del espectro de respuesta, hay dos tipos de espectro disponibles en los detalles de definición del Espectro de respuesta, incluido el "Espectro elástico" y el "Espectro de cálculo".

El "Espectro elástico" proporcionará el cortante elástico en la base de la estructura, Ve, desde 4.1.8.12(5) [1] o el paso 1 anterior. Este valor no incluye la consideración de Ie/Rd Ro o cualquier otro factor.

El "Espectro de cálculo" proporcionará el esfuerzo cortante de cálculo de la base de la estructura, Vd, desde 4.1.8.12(7) [1] o el paso 3 anterior. Sin embargo, se debe tener en cuenta que el factor adicional especificado en 4.1.8.12(6) o en el paso 2 anterior no se incluye en este cálculo. El cálculo incluye Ie/Rd Ro, ya que estas variables se enumeran directamente en las opciones del "Espectro de cálculo", mientras que no se enumeran para el "Espectro elástico".

Para cualquier tipo de espectro, el usuario tendrá la capacidad de escalar el espectro de respuesta directamente para tener en cuenta los requisitos del factor de escala. Por ejemplo, el "Espectro elástico", que se necesita para analizar las deformaciones de la estructura ya que no incluye los efectos de Ie/Rd Ro, puede necesitar escalarse por Vd/Ve como se requiere en 4.1.8.12 (10). Para el tipo "Espectro de cálculo", también se puede aplicarel factor de escala Vd/Ve además del factor especificado en4.1.8.12 (6) o en el paso 2 anterior, que no se incluye en el cálculo. El complemento Análisis del espectro de respuesta proporciona una opción de escala en cada una de las direcciones globales X, Y y Z, en las que se puede aplicar la fuerza sísmica.

También se debe mencionar que la planta de la estructura y el cortante en la base ahora están disponibles automáticamente en RFEM 6 en los resultados de la tabla de Análisis espectral cuando se activa el complemento Modelo de edificio. Los "Resultados por planta" se pueden seleccionar en el menú desplegable de la tabla y la pestaña "Acciones de la planta" mostrará el esfuerzo cortante de la planta para cada nivel.

En resumen, es posible considerar los requisitos del análisis dinámico lineal y, en particular, el análisis del espectro de respuesta modal establecidos por NBC 2020 utilizando el programa de análisis por elementos finitos RFEM 6 además del complemento Análisis del espectro de respuesta. Las muchas variaciones de cortante en la base del Artículo 4.1.8.12 [1] se pueden obtener utilizando el programa con cualquier tipo de espectro y las opciones de factor de escala disponibles.

Revise el seminario web grabado anteriormente "Análisis del espectro de respuesta NBC 2020 en RFEM 6", disponible en los enlaces a continuación, para una introducción al análisis del espectro de respuesta según NBC 2020 en RFEM 6.

Autor

Amy Heilig, PE

Amy Heilig, PE

Director general - Oficina de Estados Unidos
Ingeniero de ventas y soporte técnico

Amy Heilig es la directora general de la oficina de Estados Unidos ubicada en Filadelfia, Pensilvania. Además, proporciona soporte técnico y de ventas y continúa ayudando en el desarrollo de los programas de Dlubal Software para el mercado norteamericano.

Palabras clave

Sísmica Terremoto Espectros de respuesta Análisis del espectro de respuesta modal Procedimiento de la fuerza estática equivalente Análisis del espectro de respuesta Esfuerzo cortante en la base Esfuerzo cortante eslástico en la base Esfuerzo cortante de cálculo en la base NBC NBC 2020 National Building Code of Canada

Referencia

[1]   National Building Code of Canada 2020 Volume 1. 2020, National Research Council of Canada Ottawa, ON, Canada.

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