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002021

Alex Bacon, IET

15-01-2026

Consideración de los casos de carga de viento 2 y 4 en RFEM 6 según ASCE 7-22

Consideración de los Casos de Carga de Viento 2 y 4 en RFEM 6 Según ASCE 7-22

1. Introducción:

La carga de viento es un componente crítico en el diseño de cualquier estructura, particularmente para los sistemas principales de resistencia a fuerzas de viento (MWFRS). La norma ASCE 7-22 [1] describe varios casos de carga que tienen en cuenta diferentes direcciones del viento y efectos torsionales en el edificio.

Históricamente, el Asistente de Carga de Viento de RFEM 6 ha permitido la generación automática de cargas de viento según ASCE 7 para los tradicionales Casos 1 y 3, que representan los escenarios típicos de carga para el viento actuando directamente sobre las caras principales de una estructura.

Con la última actualización, RFEM 6 ahora admite Casos 2 y 4, que consideran efectos de carga torsional debido a presiones de viento no uniformes a través del diafragma. Esta mejora permite a los usuarios generar efectos de carga de viento más realistas basados en ASCE 7-22, especialmente para estructuras con diafragmas irregulares o flexibles.

2. Comprender los Casos de Carga de Viento Según ASCE 7-22

Según ASCE 7-22, Capítulo 27, los casos de carga de viento para MWFRS se definen de la siguiente manera:

Caso 1: Paredes de barlovento y sotavento cargadas simultáneamente, sin torsión (presión interna positiva).
Caso 2: Igual que el Caso 1 pero incluye carga torsional debido a viento actuando excéntricamente sobre el edificio (presión interna positiva).
Caso 3: Dirección inversa del Caso 1 (presión interna negativa).
Caso 4: Dirección inversa del Caso 2 (presión interna negativa con torsión).

Mientras que los Casos 1 y 3 representan distribuciones de presión simétricas, los Casos 2 y 4 aplican un momento torsional a la estructura para simular la variación de la presión del viento a través del ancho del edificio.

3. Implementación en RFEM 6

3.1 Detección Automática de Diafragma

El Asistente de Carga de Viento de RFEM 6 ahora detecta automáticamente los diafragmas definidos en el modelo estructural. Esto puede ocurrir de dos maneras:

A través del Complemento de Modelo de Edificio, que define automáticamente los diafragmas en cada nivel de piso.
Definiendo manualmente un diafragma de enlace rígido usando la herramienta de Enlace Rígido en el modelo.

Una vez detectado un diafragma, el Asistente de Carga de Viento evalúa la excentricidad de la presión del viento a través del diafragma para determinar el momento torsional que necesita aplicarse de acuerdo con los Casos 2 y 4 de ASCE 7.

3.2 Generación de Casos de Carga

Al generar cargas de viento según ASCE 7-22, RFEM 6 ahora creará automáticamente los siguientes casos de carga:

Caso 1: Viento en dirección A-B (por ejemplo, 180°) — distribución de presión estándar.
Caso 2: Viento en dirección A-B con excentricidad torsional.
Caso 3: Viento en dirección B-A — distribución de presión inversa.
Caso 4: Viento en dirección B-A con excentricidad torsional.

Cada caso aplica los coeficientes de presión externa correspondientes (C_p) y coeficientes de presión interna (GC_pi) según los Capítulos 26 y 27, mientras que el momento torsional para los Casos 2 y 4 se aplica directamente en el plano del diafragma detectado.

Caso 2 - Momento de torsión

Caso 4 - Momento de torsión

Para el ejemplo de verificación en la siguiente sección, algunas direcciones y casos de carga se han deshabilitado con el fin de simplificar el ejemplo y el modelo.

4. Ejemplo de Verificación

Para validar esta nueva funcionalidad, se modeló un edificio rectangular simple con un techo a dos aguas (como se muestra abajo) en RFEM 6 y se comparó con cálculos manuales siguiendo los Capítulos 26 y 27 de ASCE 7-22.

Parámetros del Modelo
Parámetro	Símbolo	Valor
Ancho del edificio	B	32 pies
Longitud del edificio	L	40 pies
Altura del alero	h_e	20 pies
Altura de la cumbrera	h_r	30 pies
Altura media del techo	h_m = (h_e + h_r)/2	25 pies
Pendiente del techo	θ	≈33°

4.1 Determinar los Parámetros de Presión de Viento de Diseño

Siguiendo ASCE 7-22 Sección 26.10:

q_{z} = 0.00256 K_{z} K_{z t} K_{e} V^{2}

Parámetros para la presión de viento de cálculo: Barlovento

q_{z} = 0.00256 K_{h} K_{z t} K_{e} V^{2}

Parámetros de presión de viento de cálculo: fachada a sotavento, fachada lateral, cubierta

Para este ejemplo, hay q_z para las paredes de barlovento siguiendo

Categoría de Riesgo III
V=107 mph
K_z = 0.57 (Exposición B, de 0 a 15 pies)
K_z = 0.62 (Exposición B, a 20 pies)
K_h = 0.66 (Exposición B, a 25 pies)
K_zt = 1.0
k_d = 0.85
K_e = 1.0
G = 0.85

q_{z, (0 - 15)} = 0.00256 (0.57) (1.0) (1.0) (107)^{2} = 16.71 p s f

q_{z, (20)} = 0.00256 (0.62) (1.0) (1.0) (107)^{2} = 18.17 p s f

q_{h, (25)} = 0.00256 (0.66) (1.0) (1.0) (107)^{2} = 19.34 p s f

Parámetros de presión del viento de cálculo

4.2 Coeficientes de Presión Externa

De ASCE 7-22 Fig. 27.3-1 (techo a dos aguas, pendiente de 18°):

Superficie	Cp
Pared de barlovento	+0.8
Pared de sotavento	-0.5
Paredes laterales	-0.7
Techo (barlovento)	-0.12
Techo (sotavento)	-0.6

4.3 Presiones de Diseño

p_{w i n d w a r d} = q_{z} K G C_{p} - q_{h} K_{d} (G C_{p i})

Presión - Barlovento

p = q_{h} (K_{d} G C_{p} - K_{d} (G C_{p i}))

Presión - Barlovento

Asumiendo coeficiente de presión interna GC_pi = +/- 0.18

Superficie	Cp	GCpi	p+ (psf)	p- (psf)
Pared de Barlovento (0-15 pies)	+0.8	+-0.18	6.70	12.62
Pared de Barlovento (20 pies)	+0.8	+-0.18	7.54	13.423
Pared de Sotavento	-0.5	+-0.18	-9.92	-4.00
Pared Lateral	-0.7	+-0.18	-12.82	-6.91
Techo Barlovento	-0.23	+-0.18	-6.25	-0.25
Techo Sotavento	-0.6	+-0.18	-11.34	-5.42

4.4 Momentos Torsionales de Diseño

Momento Torsional alrededor del eje Z (+GC_pi)

Caso 2:

M_{z, 2} = 0.75 (p_{w, x} + p_{l, x}) (B_{x}) (e_{x})

= 0.75 (6.7 psf (15 ft) + 7.54 psf (5 ft) + 9.92 psf (20 ft)) (40 ft) (6 ft)

M_{z, 2} = 63.25 kip - ft

Momento torsor - Caso 2

Caso 4:

M_{z, 4} = 0.563 (p_{w, x} + p_{l, x}) (B_{x}) (e_{x}) + 0.563 (p_{w, y} + p_{l, y}) (B_{y}) (e_{y})

= 0.563 (6.7 psf (15 ft) + 7.54 psf (5 ft) + 9.92 psf (20 ft)) (40 ft) (6 ft) + 0.563 ((2) (12.82 psf) (20 ft)) (32 ft) (4.8 ft)

M_{z, 4} = 89.82 kip - ft

Momento torsor - Caso 4

5. Comparación con el Asistente de Carga de Viento de RFEM 6

En RFEM 6, utiliza el Asistente de Carga de Viento con ASCE 7-22 y los mismos parámetros:

El programa calcula automáticamente q_z y q_h basado en la altura media del techo y la altura de las paredes.
Los valores de C_p se asignaron a cada superficie en función de la orientación y la pendiente de las paredes y el techo.
Para los Casos 1 y 3, se generaron presiones simétricas.
Para los Casos 2 y 4, se detectó la excentricidad del diafragma y se aplicó un momento torsional adicional según ASCE 7-22 27.3-8

Las presiones resultantes y la distribución de carga de RFEM 6 coincidieron estrechamente con los valores calculados manualmente, confirmando la precisión de la implementación. Las pequeñas diferencias (≤ 5%) pueden atribuirse al muestreo geométrico más preciso del programa de elevaciones de superficies y zonas de presión.

Comparación de resultados entre cálculos manuales y RFEM 6:

5.1 Presiones de Diseño de RFEM 6

Los siguientes valores se toman de RFEM 6, más específicamente del Caso 1 y la presión interna positiva/negativa. La comparación se hará con los valores analíticos calculados a mano de la sección 4 de este artículo. El archivo del modelo se puede encontrar al final de la parte inferior de la página para una comparación individual:

Categoría de Riesgo III
V = 107 mph
K_z = 0.57 (Exposición B, de 0 a 15 pies)
K_z = 0.62 (Exposición B, a 20 pies)
K_h = 0.6565 (Exposición B, a 25 pies)
K_zt = 1.0
k_d = 0.85
K_e = 1.0
G = 0.85

* q_{z, (0 - 15)} = 0.00256 (0.57) (1.0) (1.0) (107)^{2} = N / A

q_{z, (20)} = 0.00256 (0.62) (1.0) (1.0) (107)^{2} = 18.130 p s f

q_{h, (25)} = 0.00256 (0.66) (1.0) (1.0) (107)^{2} = 19.242 p s f

Parámetros de presión de viento de cálculo

Nota: q_z no se muestra en el Asistente de Carga de Viento

p_{w i n d w a r d} = q_{z} K G C_{p} - q_{h} K_{d} (G C_{p i})

Presión - Barlovento

p = q_{h} (K_{d} G C_{p} - K_{d} (G C_{p i}))

Presión - Barlovento

Asumiendo coeficiente de presión interna GC_pi = +/- 0.18

Superficie	Cp	GCpi	p+ (psf)	p- (psf)
Pared de Barlovento (0-15 pies)	+0.8	+-0.18	6.761	12.649
Pared de Barlovento (20 pies)	+0.8	+-0.18	7.535	13.460
Pared de Sotavento	-0.5	+-0.18	-9.895	-4.007
Pared Lateral	-0.7	+-0.18	-12.675	-6.787
Techo Barlovento	-0.23	+-0.18	-6.193	-0.305
Techo Sotavento	-0.6	+-0.18	-11.285	-5.397

5.3 Momentos Torsionales de Diseño de RFEM 6

Momento Torsional alrededor del eje Z (+GC_pi)

En RFEM 6, el momento torsional se calcula internamente y no se muestran los parámetros. La razón es que el cálculo requerido para esto es complejo y sería difícil mostrarlo en el cuadro de diálogo.

La imagen a continuación muestra un pequeño ejemplo de la forma en que RFEM 6 realiza el cálculo:

Cálculo de momento torsor - RFEM 6

Momento torsor

M = 7.54 * A1 * 0.15 * b1 + 9.92 * A2 * 0.15 * b2 A1 ... área de carga en el diafragma en el lado de barlovento A2 ... área de carga en el diafragma en el lado de sotavento b1 ... ancho del edificio en el lado de barlovento b2 ... ancho del edificio en el lado de sotavento

Aquí están los momentos para los Casos 2 y 4 que RFEM 6 ha calculado:

Caso 2:

M_z,2 = 60.66 kip-ft

Caso 4:

M_z,4 = 80.84 kip-ft

6. Conclusión y Comparación de Resultados

La adición de los Casos 2 y 4 en RFEM 6 representa un avance significativo en la generación automatizada de cargas de viento según ASCE 7-22. Al detectar diafragmas y aplicar efectos torsionales automáticamente, los ingenieros ahora pueden:

Capturar el rango completo de casos de carga MWFRS (1-4) sin entrada manual
Asegurar el cumplimiento con los Capítulos 26 y 27 de ASCE 7-22.
Mejorar la eficiencia de modelado y la fiabilidad del diseño.

Este ejemplo de verificación demostró que el Asistente de Carga de Viento de RFEM 6 produce resultados consistentes con cálculos manuales de ASCE 7-22, proporcionando a los usuarios confianza tanto en la precisión como en la automatización. Esto se puede ver en la tabla a continuación, que compara los valores calculados a mano con los valores encontrados en RFEM 6:

Nota: Valores como K_h y C_p se redondean en un cálculo manual, causando alguna discrepancia. RFEM 6 usa valores exactos.

Presión Interna Positiva (+GC_pi)

Superficie	Presión Analítica (psf)	Presión RFEM 6 (psf)	RFEM/Analítico
Pared de Barlovento (0-15 pies)	6.70	6.761	1.01
Pared de Barlovento (20 pies)	7.54	7.54	1.00
Pared de Sotavento	-9.92	-9.895	1.00
Pared Lateral	-12.82	-12.675	0.99
Techo (Barlovento)	-6.25	-6.193	0.99
Techo (Sotavento)	-11.34	-11.285	1.00

Presión Interna Negativa (-GC_pi)

Superficie	Presión Analítica (psf)	Presión RFEM 6 (psf)	RFEM/Analítico
Pared de Barlovento (0-15 pies)	12.62	13.423	1.00
Pared de Barlovento (20 pies)	10.50	12.649	1.00
Pared de Sotavento	-4.00	-4.01	1.00
Pared Lateral	-6.91	-6.787	0.98
Techo (Barlovento)	-0.33	-0.305	0.92
Techo (Sotavento)	-5.42	-5.397	1.00

Momentos Torsionales de Diseño (+GC_pi)

Caso	Momento Analítico (kip-ft)	Momento RFEM 6 (kip-ft))	RFEM/Analítico
2	63.25	60.66	0.96
4	89.82	80.84	0.90

Base de datos de conocimientos

Considerando los casos de carga de viento 2 y 4 en RFEM 6 según ASCE 7-22

Vista de un modelo 3D de análisis estructural con diferentes niveles de detalle que muestra elementos de ingeniería y presentación de resultados.

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ASCE 7 - 22 Asistente para cargas de viento - Caso 2 y 4

Autor

Alex es responsable de la formación de los clientes, el soporte técnico y el desarrollo continuo de programas para el mercado norteamericano.

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