Progettazione di strutture controventate secondo AISC 341 in RFEM 6

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La verifica di un telaio ordinario controventato concentricamente (OCBF) e di un telaio speciale concentricamente controventato (SCBF) può essere eseguita nell'add-on Verifica acciaio di RFEM 6. Il risultato della verifica sismica secondo AISC 341-16 e 341-22 è classificato in due sezioni: Requisiti delle aste e requisiti di collegamento.

I dettagli più approfonditi sull'input della configurazione sismica sono trattati nell'articolo KB 001761 | Verifica sismica AISC 341 in RFEM 6.

Requisiti delle aste

Le seguenti verifiche per le aste che fanno parte del sistema resistente alla forza sismica (SFRS) sono disponibili in RFEM. Le sezioni elencate si riferiscono alle disposizioni sismiche AISC 341-16/22 [1].

  • Limiti da larghezza a spessore [Sezione D1.1 e F1.5a]
  • SCBF Controvento di stabilità delle travi - Resistenza e rigidezza richieste [Sezioni F2.4b e D1.2a.1(b)]
  • SCBF Controvento di stabilità delle travi - Spaziatura massima [sezioni F2.4b e D1.2a.1(c)]
  • Resistenza richiesta della colonna [Sezione D1.4a]
  • Rapporto di snellezza del controvento [Sezione F1.5b per OCBF e F2.5b(a) per SCBF]

Limitazioni da larghezza a spessore per i requisiti di duttilità

I controventi in OCBF sono designati come aste moderatamente duttili secondo la Sezione F1.5a. Tutte le aste (controventi, travi, colonne) in SCBF sono designate come aste altamente duttili secondo la Sezione F2.5a.

I controventi in OCBF devono soddisfare i requisiti delle disposizioni sismiche AISC Sezione D1.1 per aste moderatamente duttili. Come eccezione secondo la sezione F1.5a, i controventi nei telai di sola trazione con Lc/r maggiore di 200 non devono soddisfare il requisito di duttilità. Questa verifica è mostrata come EQ 1300 in RFEM (Figura 1).

Nota: I telai di sola trazione non sono consentiti in SCBF secondo la Sezione F2.4d.

Controvento di stabilità delle travi in SCBF

Il requisito per il controvento di stabilità è applicabile solo per le travi in telai controventati a V e V invertiti secondo la sezione F2.4b [1]. La resistenza e la rigidezza richieste dei controventi di stabilità sono elencate nella scheda Controvento di stabilità per asta in "Requisiti sismici" (Figura 2). Questi valori possono essere confrontati con la resistenza e la rigidezza disponibili calcolate durante la progettazione delle aste di controvento che inquadrano nella trave. Non sono disponibili dettagli della verifica (solo riferimenti).

La resistenza richiesta, Pbr, è definita nell'equazione A-6-7 dell'appendice 6 di AISC 360-16/22 [3]:

Controvento di stabilità delle travi (resistenza richiesta)

Pbr = 0.02·(Mr·Cdho)

Pbr Resistenza richiesta del controvento della trave di stabilità
Mr Resistenza a flessione richiesta della trave. Mr = Ry Fy Z/ αs [AISC 341 Equazione D1-1]
Cd Coefficiente di doppia curvatura = 1.0 [AISC 341 sezione D1.2a(b)]
ho Distanza tra il baricentro dell'ala ho = d - tf

Nota: Pr non è applicabile ai telai controventati.

La rigidezza richiesta, βbr, è definita nell'equazione A-6-8 dell'appendice 6 di AISC 360-16/22 [3]:

Controvento di stabilità delle travi (rigidità richiesta)

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

βbr Rigidezza richiesta del controvento della trave di stabilità
Mr Resistenza a flessione richiesta della trave
Cd Coefficiente di doppia curvatura = 1,0
Lbr Spaziatura massima del controvento della trave di stabilità
ho Distanza tra il baricentro dell'ala

La spaziatura massima del controvento di stabilità deve soddisfare i requisiti di AISC 341-16/22 sezione F2.4b, che si riferisce alla sezione D1.2a.1(c):

Controvento di stabilità delle travi per SCBF (spaziatura massima)

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

Lbr Spaziatura massima del controvento della trave di stabilità
ry Raggio di inerzia intorno all'asse debole
E Modulo di elasticità
Ry Rapporto tra la tensione di snervamento prevista e la tensione di snervamento minima specificata
Fy Tensione di snervamento minima specificata

La verifica per la spaziatura massima è presentata insieme agli altri requisiti delle aste nei rapporti di progetto sulle aste. La lunghezza del controvento, Lb, è la lunghezza efficace specificata per instabilità flesso-torsionale (LTB). Il dettaglio della verifica è mostrato in EQ 2100 (Figura 3).

Resistenza richiesta della colonna

Tutte le colonne che fanno parte del sistema sismico resistente alla forza (SFRS) devono essere progettate con carichi di sovraresistenza. In molti casi, la forza assiale amplificata non ha bisogno di essere combinata con i momenti flettenti simultanei. L'opzione per trascurare tutti i momenti flettenti, il taglio e la torsione nelle colonne per lo stato limite di sovraresistenza è attivata per impostazione predefinita. Questa opzione può essere disattivata nella configurazione sismica.

Per le combinazioni di carico standard senza sovraresistenza dovuta all'effetto del carico sismico, il carico combinato è verificato secondo AISC 360-16/22 Capitolo H.

Per le combinazioni di carico con carico sismico di sovraresistenza, il Capitolo H non si applica quando è attivata l'opzione per trascurare tutti i momenti flettenti, il taglio e la torsione nelle colonne per lo stato limite di sovraresistenza. L'esempio 4.3.2 del Manuale di verifica sismica [2] mostra la verifica utilizzando il caso di controllo da entrambe le combinazioni di carico, standard e sovraresistenza.

I momenti flettenti risultanti da un carico applicato tra i punti di vincolo laterale possono contribuire all'instabilità della colonna. Pertanto, devono essere considerati contemporaneamente ai carichi assiali disattivando l'opzione per trascurare i momenti (Figura 4).

Rapporto di snellezza del controvento

Per controventi in V o telai a V invertiti in OCBF, il rapporto di snellezza Lc/r deve essere inferiore o uguale a 4*√(E/Fy ) secondo la sezione F1.5b [1]. L'intento è quello di limitare le forze sbilanciate che si sviluppano nelle aste del telaio dopo l'instabilità del controvento. Questa verifica è mostrata come EQ 3300 in RFEM (Figura 5).

Per i controventi nella configurazione a X, l'opzione per soddisfare questo requisito può essere disattivata nella configurazione sismica.

Per i controventi in SCBF, il rapporto di snellezza Lc/r deve essere inferiore o uguale a 200, secondo la sezione F2.5b(a) [1]. Questa verifica è mostrata come EQ 3310 in RFEM (Figura 6).

Requisiti di collegamento

I requisiti sismici includono la resistenza a trazione del collegamento richiesta e la resistenza a compressione del collegamento richiesta del controvento. Sono elencati nella scheda Collegamento controvento per asta (Figura 7). I dettagli della verifica non sono disponibili per le resistenze dei collegamenti. Tuttavia, le equazioni e i riferimenti normativi sono elencati nella tabella.

I simboli e le definizioni sono mostrati nelle seguenti formule:

Resistenza a trazione del collegamento del controvento richiesta (OCBF e SCBF)

Ry·Fy·Ag/αs

Ry Rapporto tra la tensione di snervamento prevista e la tensione di snervamento minima specificata
Fy Tensione di snervamento minima specificata
Ag Area lorda del controvento
αs Coefficiente di regolazione del livello di forza LRFD-ASD = 1.0 per LRFD e 1.5 per ASD

Resistenza a compressione del collegamento del controvento richiesto

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 Tensione di instabilità critica dalla sezione E di AISC 360-16 utilizzando la tensione di snervamento prevista, Ry Fy
Ag Area lorda del controvento
αs Coefficiente di regolazione del livello di forza LRFD-ASD = 1.0 per LRFD e 1.5 per ASD
Fne Tensione nominale dalla sezione E di AISC 360-22 utilizzando la tensione di snervamento prevista, Ry Fy

Nota: La verifica con capacità limitata basata sulle resistenze controventate previste sarà disponibile nelle versioni future.

Autore

Cisca Tjoa, PE

Cisca Tjoa, PE

Ingegnere dell'assistenza tecnica

Cisca è responsabile dell'assistenza tecnica ai clienti e dello sviluppo continuo dei programmi per il mercato nordamericano.

Parole chiave

Verifiche sismiche AISC 341-16 Costruzioni in acciaio Verifica di strutture in acciaio Sismico Coefficiente di sovraresistenza Controvento di stabilità Telaio controventato AISC 341-22 AISC 341

Riferimento

[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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  • Aggiornato 27. febbraio 2024

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