111219486 S Diseno Sismo Resistente en Acero Abril 2010

Especializacin en ingeniera Estructural & Sismorresistente

Diseo Sismorresistente en Acero - Gua de AplicacinElaborado por.Ing. Eliud HernndezDealer CSI - VenezuelaVicepresidente INESA C.A.58-412-2390553.

Dealer CSI

Venezuela

Caracas, Abril 2010

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Diseo Sismo-Resistente en Acero

ANSI/AISC 360-05 Specification for Structural Steel Buildings

Normas y Cdigos de Diseo de Estructuras de Acero

ANSI/AISC 341-05 Seismic Provisions for Structural Steel Buildings

ANSI/AISC 358-05 Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications

AISC LRFD-99 Load Resistance Factor Design

AISC ASD-01 Allowable Stress Design

AISC Steel Design Guide (Second Edition)


Normas y Cdigos de Diseo de Estructuras de Acero

FEMA 350Recommended Seismic Design Criteria for New Steel Moment-Frame Buildings FEMA 351

Recommended Seismic Evaluation and Upgrade Criteria for Recommended Seismic Evaluation and Upgrade Criteria for Existing Welded Steel Moment-Frame Buildings FEMA 352

Recommended Postearthquake Evaluation and Repair Criteria for Welded Steel Moment-Frame Buildings FEMA 353

Recommended Specifications and Quality Assurance Guidelines for Steel Moment-Frame Construction for Seismic Applications


Filosofia del Diseo Estructural Sismo-resistente Establecer un Diseo Por Capacidad: Limitar Mecanismos Frgiles y

Propiciar Mecanismos Dctiles. Elegir y establecer el patron de falla adecuado de los elementos

Fusibles que entrarn en cedencia durante un evento ssmico. Los elementos Fusibles deben ser capaces de desarrollar incursiones

inelsticas significativas y de disipar energa durante un evento ssmico.inelsticas significativas y de disipar energa durante un evento ssmico. Disear el resto de los elementos del sistema resistente a sismo con la

condicin de que permanezcan en el rango elstico al presentarse lasfallas dctiles (Rtulas plsticas) esperadas en los Fusibles. Las Conexiones de los elementos Fusibles deben ser diseadas en

funcin a la capacidad inelstica esperada de los mismos. Las conexiones del resto de los elementos del sistema resistente a sismo

deben ser diseadas para las fuerzas que se producen al presentarse lasfallas ductiles (Rtulas plsticas) esperadas en los Fusibles

Diseo Sismo-Resistente en AceroCasos y Combinaciones de Carga

(1) 1.4 CP(2) 1.2 CP + 1.6 CV + 0.5 CVt(3) 1.2 CP + 1.6 CVt + 0.5 CV (4) 1.2 CP + CV + 1.0 Eb(5) 0.9 CP + 1.0 Eb

Combinaciones para el Diseo de los Elementos Fusibles.

(6) 1.2 CP + CV + 1.0 Ea(7) 0.9 CP + 1.0 Ea

CP : Carga PermanenteCV: Carga VariableCVt: Carga Variable de Techo: : : : Factor de Participacin.Eb: Accin ssmica BsicaEa: Accin Ssmica Amplificada

Combinaciones para el Diseo del Resto de los elementos que conforman el sistema resistente a sismo

Casos de Carga


Accin Ssmica

Eb = QE 0.2 SDS CPEa = o QE 0.2 SDS CP

Efecto de Fuerzas Efecto de Fuerzas

E

QE = Carga Ssmica HorizontalSDS = Aceleracin del espectro de diseo para perodos cortosCP = Carga Permanente. = Factor que varia de 1.00 a 1.5 (Depende de la Redundacia

estructural Hiperestaticidad)o = Factor de Sobre-resistencia Ssmica (Depende del Sistema

Estructural)

Efecto de Fuerzas Horizontales

Efecto de Fuerzas Verticales


Accin Ssmica en Combinaciones de CargaPara la Combinacin (4): 1.2 CP + CV + 1.0 Eb

Se tiene que: Eb = QE + 0.2 SDS CP

(1.2 + 0.2 SDS) CP + CV + 1.0 QE

Para la Combinacin (5): 0.9 CP + 1.0 EbSe tiene que: Eb = QE - 0.2 SDS CP

(1.2 + 0.2 SDS) CP + CV + 1.0 QE

(0.9 - 0.2 SDS) CP + 1.0 QE


Accin Ssmica en Combinaciones de CargaPara la Combinacin (6): 1.2 CP + CV + 1.0 Ea

Se tiene que: Ea = o QE + 0.2 SDS CP

(1.2 + 0.2 SDS) CP + CV + 1.0 o QE

Para la Combinacin (7): 0.9 CP + 1.0 EaSe tiene que: Ea = o QE - 0.2 SDS CP

(1.2 + 0.2 SDS) CP + CV + 1.0 QE

(0.9 - 0.2 SDS) CP + 1.0 o QE


Factor de Amplificacin Ssmica

Tipos de Sistema oMoment Resistance Frames (SMF, IMF, OMF)Special Truss Moment Frames (STMF)Concentrically Braced Frames (SCBF, OCBF)

32

2Concentrically Braced Frames (SCBF, OCBF)Eccentrically Braced Frames (EBF)Special Plate Shear Walls (SPSW)Buckling Restrained Braced Frames (BRBF)

Conexiones Viga-Columna resistentes a Momentos

Conexiones Viga-Columna No resistentes a Momentos

2

2

2

2.5

2


Carga Ssmica Amplificada

o Qe

Desplazamiento Lateral de la Estructura

Qe

La Carga Ssmica Amplificada, oQe, se utiliza para estimarlas fuerzas que ocurren en cada uno de los elementos queconforman el sistema resistente a sismo, para cuando losfusibles de la estructura incursionan en el rango inelstico


Hot-Rolled Shapes and Bars:ASTM A36 1.5 1.2ASTM A572 Gr 42 1.1 1.1ASTM A992; A572 Gr 50 or Gr 55;ASTM A913 Gr 50, 60 or 65; ASTM A588;A1011 HSLAS Gr 50 1.1 1.1

Acero Estructural Ry Rt

A1011 HSLAS Gr 50 1.1 1.1ASTM A529 Gr 50 1.2 1.2ASTM A529 Gr 55 1.1 1.2

Hollow Structural Sections (HSS):ASTM A500 Gr B or Gr C; ASTM A501 1.4 1.3

Pipe:ASTM A53 1.6 1.2

Plates:

ASTM A36 1.3 1.2ASTM A572 Gr50; ASTM A588 1.1 1.2


Factores de Sobre-resistenciaRy: Factor Mnimo de Sobre-resistencia Cedente

Rt : Factor Mnimo de Sobre-resistencia Ultima

Esfuerzos Esperados

Esfuerzo Cedente Esperado = Ry FyEsfuerzo Ultimo Esperado = Rt Fu

Los esfuerzos esperados (Rt Fu) y (Ry Fy) son utilizados paraestablecer las fuerzas de diseo de las conexiones del sistemaresistente a sismos.


Sistema de Vigas y Columnas con conexiones resistentes a momentos.

Comportamiento a flexin y corte en Vigas y Columnas.

1.1 Caracteristicas.

1.- Porticos Resistentes a Momentos (MRF)


1.- Porticos Resistentes a Momentos (MRF)1.2 Respuesta Estructural ante Sismos.

M V


Sistema capaces de desarrollar ductilidad, disipacin de Energa e incursiones inelsticas significativas.

1.3 Desempeo Estructural.Zona del Panel(Cedencia por Corte)

Columna

Posible Ubicacin de Rtulas Plasticas


Sistemas con muy poca rigidez

Los mecanismos que pueden presentarse son:

Cedencia por Flexin en las Vigas.Cedencia por Corte en la Zona del panel.Cedencia por Flexin y Fuerza Axial en Columnas.

Viga(Cedencia por Flexin)

Columna(Cedencia por Flexion y Fuerza Axial)


Para lograr una buena ductilidad y disipacin de energa es necesario que se presente el mecanismo de rtulas plsticas por flexin en Vigas.

De presentarse rtulas plsticas en columnas podria generarse un entrepiso dbil y con ello provocar el colapso de la estructura.


h

L

Rtulas Plsticas


1.4 Clasificacin segn su nivel de Desempeo sismorresistente.

1.4.1 Special Moment Frames (SMF). Prticos Especiales a Momento.


Sistemas capaces de desarrollar incursiones inelsticas Significativas, de manera estable.

1.4.2 Intermediate Moment Frames (IMF). Prticos Intermedios a Momento.

1.4.3 Ordinary Moment Frames (OMF). Prticos Intermedios a Momento.

Sistemas capaces de desarrollar incursiones inelsticas Moderadas, de manera estable.

Sistemas con una capacidad inelstica muy Limitada. Su desempeo esta basado en el rango elstico.


Porticos Especiales de Momento (SMF)a) Limitaciones en Vigas. (9.4 AISC Seismic Provisions )

Alas de Vigas Alma de Vigasbf

a.1) Relacin Ancho-Espesor (Perfiles Doble T): Las secciones deben ser Compactas Ssmicas (ps), a fin de limitar el pandeo local.

y

s

f

fFE

t

b30.0

2

y

s

w FE

45.2th tf

h

t wa.2) Alas de Vigas (Perfiles Doble T): : No se permitealterar las alas de las vigas en la zona de rtulasplsticas, a menos que se demuestre a travs deensayos calificados que la misma puede lograr en dicharegin incursiones inelsticas estables.


bfsf E30.0b

b) Limitaciones en Columnas. (9.4 AISC Seismic Provisions )b.1) Relacin Ancho-Espesor (Perfiles Doble T): Las secciones deben ser Compactas Ssmicas (ps), a fin de limitar el pandeo local.

Porticos Especiales de Momento (SMF)

t f

h

tw

y

s

f

f

FE30.0

t2b

125.0PP

y

u

y

u

y

s

w PP54.11

FE14.3

th

y

s

y

u

y

s

w FE49.1

PP33.2

FE12.1

th

>

Alas de Columnas

125.0P

Py

u >

Alma de Columnas


Lb = Distancia entre arriostramientos

c) Arriostramiento Lateral de Vigas (9.8 AISC Seismic Provisions )Las Alas de las Vigas del sistema resistente a sismos deben estar debidamente arriostradas lateralmente para controlar el pandeo lateral torsional de las mismas.

E


Lb = Distancia entre arriostramientos lateralesry = Radio de Giro Menor

Arriostramientos Laterales

Lb Lb

rFE086.0L y

yb

Pandeo Lateral Torsional


Lb


Arriostramiento Lateral

Ambas Alas Soportadas Lateralmente

Viga del Sistema Resistente a

Sismos (SMF)


d) Planchas de Continuidad (9.5 AISC Seismic Provisions )d.1) En las Uniones Viga-Columna deben incorporarse planchas decontinuidad de conformidad a las conexiones precalificadas utilizadas ysiguiendo los parmetros mnimos que se describen a continuacin:

t


tcp

tbf

tcp 1/2 tbf

tcp

tbf-2tbf-1

tcp Mayor Valor entre (tbf-1 y tbf-2 )


d) Planchas de Continuidad (9.5 AISC Seismic Provisions )d.2) Podrian Omitirse las Planchas de Continuidad si se presentan las siguientes condiciones:

.- Si al Realizar el Anlisis y Diseo de la Conexin Precalificada, no sonrequeridas las planchas de continuidad para las fuerzas concentradas en laColumna debido a los Momentos Mximos probables provenientes de las vigas.


Columna debido a los Momentos Mximos probables provenientes de las vigas.

ycyc

ybybbfbfcf FR

FRtb8.14.0t

.- Si se cumple que:

6bt bfcf

tcf = Espesor del Ala de la Columna

bbf = Ancho del Ala de la Viga

tbf = Espesor del Ala de la Viga

Ryb = Factor de sobre-resistencia en Vigas

Ryc = Factor de sobre-resistencia en Columnas


e) Relacin de Momentos Columna-Viga (9.6 AISC Seismic Provisions )e.1) Para establecer un Criterio Columna Fuerte Viga Dbil, debe cumplirse en cada junta la Relacin de Momentos presentada, salvo algunas excepciones.

0.1M *pc >


0.1M *pb

>

De no cumplirse la relacin de momentospresentada podria generarse un Mecanismo decolapso de piso al desarrollarse rtulas plsticasen columnas del mismo nivel.


e) Relacin de Momentos Columna-Viga (9.6 AISC Seismic Provisions )

=*

pcM Sumatoria de las resistencias tericas a flexin plstica de lascolumnas incluyendo la reduccin de la carga axial mayorada,

ubicadas en los extremos (superior e inferior) de las conexiones a

e.2) Definicin de Momentos Mximos Probables en Vigas y Columnas.


ubicadas en los extremos (superior e inferior) de las conexiones a

momentos de las vigas, proyectadas sobre en el punto de

interseccin de los ejes baricntricos de vigas y columnas que

concurren al nodo.

=*

pbM Sumatoria de las resistencias esperadas a flexin ubicadas en lasrtulas plsticas de las vigas, proyectadas sobre el punto de

interseccin de los ejes baricntricos de las vigas y las columnas que

concurren al nodo.


CL Columna

M*pc-Superior M*pb-Derecha

M*pc = M*pc-Superior + M*pc-InferiorM*pb = M*pb-Izquierda + M*pb-Derecha

e.3) Momentos de Vigas y Columnas en el punto de Interseccin de sus ejes baricntricos.


C VigaL

M*pc-Superior

M*pc-InferiorM*pb-Izquierda

M*pb-Derecha


Vuv (Der.)Viga Izq. Viga Der.Rtula Plstica

dcole.4) Clculo de M*pb Sh : Distancia donde ocurre la rtula plstica, medida desde la cara de la columna (Depende de la Conexin Utilizada)


Mpr-Der.Mpr-Izq.

Vuv (Izq).Rtula Plstica

sh+dcol/2

M*pb-Izq. M*pb-der.

sh+dcol/2

M*pb = Mpr + Vuv (sh + dcol /2 )

sh sh

Mpr : Resistencia Esperada a Flexin actuando en la rtula plstica de la vigaVuv : Resistencia Esperada a Corte actuando en la rtula plstica de la viga


e.5) Definicin de Mpr y Vuv

L

Rtula Plsticash sh


Lh

Q = (1.2 CP + 0.5 CV )

Vuv = (2 Mpr / Lh ) + Vg

Vuv VuvMpr = 1.1Ry Mp = 1.1Ry Zb Fyb

Vg = QLh / 2

Mpr Mpr


Columna Superior.

Mpc-Sup.

e.6) Clculo de M*pc

M*pc-Sup.

Vuc superior


M*pc = Mpc + Vuc ( dviga /2 )

dviga

Mpc : Resistencia Terica a Flexin de la Columna incluyendo la Carga Axial Mayorada.Vuc : Resistencia Esperada a Corte de la Columna actuando en la cara de la viga

Columna Inferior.

M*pc-Sup.M*pc-Inf.Mpc-Inf. Vuc inferior


e.7) Definicin de Mpc y Vuc

Lv : Luz libre de la Columna

Mpc

Vuc

Punto de

Puc


Mpc = Zc ( Fyc - Puc /Ag ) Vuc = (2 Mpc / Lv )

Mpc

Vuc

Punto de Inflexin.


Puc : Carga Axial Mayorada actuando en la columna.Ag : Area gruesa de la columna.

Lv


Predimensionado de Columnas:


0.1*

*

>

pb

pc

MM

M*pc = Zc (Fyc - Puc / Ag) + 2 Zc (Fyc - Puc / Ag) (dviga /2)

Este trmino se desprecia de forma conservadora para estimar la Columna.

M*pb = 1.1Ry Zb Fyb + 2(1.1Ry Zb Fyb ) + Vg (sh + dcol /2 ) Lh

M*pc = Zc (Fyc - Puc / Ag) + 2 Zc (Fyc - Puc / Ag) (dviga /2)Lv

M*pc = Zc (Fyc - Puc / Ag)


Para Fines Prcticos, se tiene:


M*pc = (1- ) Zc FycPuc / Ag = FycVg = 0.70 2(1.1Ry Zb Fyb )

Lh

M*pb = 1.1Ry Zb Fyb + 1.70 2(1.1Ry Zb Fyb ) (0.065 Lh ) Lh

Sh = 0.035 Lh dcol = 0.060 Lh

M*pb = 1.1Ry Zb Fyb ( 1 + 0.22)

M*pb = 1.34 Ry Zb Fyb


Caso 1: Dos Vigas Conectadas en las Alas (Eje Mayor) de una Columna con Acero A-36


Suma M*pc = 2 (0.80 Zxc Fyc)Suma M*pb = 2 (1.34 Ry Zxb Fyb )

Considerando: =0.20 ; Ry = 1.5 ; Fyc = Fyb 0.1

*

*

>

pb

pc

MM

xx

y

Suma M*pb = 2 (1.34 Ry Zxb Fyb )2 (0.80 Zxc Fyc)2 (1.34 Ry Zxb Fyb )

1

0.40 ZxcZxb

1 Zxc 2.50 Zxb

y

Zxc : Mdulo Plstico de la Columna Respecto a su Eje MayorZxb : Mdulo Plstico de la Viga Respecto a su Eje Mayor


Caso 2: Una Viga Conectada en el Ala (Eje Mayor) de una Columna con Acero A-36


Suma M*pc = 2 (0.80 Zxc Fyc)Suma M*pb = 1.34 Ry Zxb Fyb )

0.1*

*

>

pb

pc

MM

xx

yConsiderando: =0.20 ; Ry = 1.5 ; Fyc = Fyb

Suma M*pb = 1.34 Ry Zxb Fyb )

2 (0.80 Zxc Fyc)(1.34 Ry Zxb Fyb )

1

0.80 ZxcZxb

1 Zxc 1.25 Zxb

y



Caso 3: Dos Vigas Conectadas en las Alas (Eje Mayor) de una Columna con acero A-572 G50.


Suma M*pc = 2 (0.85 Zxc Fyc)Suma M*pb = 2 (1.34 Ry Zxb Fyb )

0.1*

*

>

pb

pc

MM

xx


2 (0.85 Zxc Fyc)2 (1.34 Ry Zxb Fyb )

1

0.576 ZxcZxb

1 Zxc 1.74 Zxb

y



Caso 4: Una Viga Conectada en el Ala (Eje Mayor) de una Columna con acero A-572 G50.


Suma M*pc = 2 (0.85 Zxc Fyc)Suma M* = (1.34 R Z F )

0.1*

*

>

pb

pc

MM

xx


Suma M*pb = (1.34 Ry Zxb Fyb )2 (0.85 Zxc Fyc)(1.34 Ry Zxb Fyb )

1

1.152 ZxcZxb

1 Zxc 0.87 Zxb

y



Caso 5: Dos Vigas Conectadas en el Alma (Eje Menor) de una Columna con Acero A-36


Suma M*pc = 2 (0.80 Zyc Fyc)Suma M*pb = 2 (1.34 Ry Zxb Fyb )

Considerando: =0.20 ; Ry = 1.5 ; Fyc = Fyb 0.1*

*

>

pb

pc

MM

xx

y

Suma M*pb = 2 (1.34 Ry Zxb Fyb )2 (0.80 Zyc Fyc)2 (1.34 Ry Zxb Fyb )

1

0.40 ZycZxb

1 Zyc 2.50 Zxb

y

Zyc : Mdulo Plstico de la Columna Respecto a su Eje MenorZxb : Mdulo Plstico de la Viga Respecto a su Eje Mayor


Caso 6: Una Viga Conectada en el Alma (Eje Menor) de una Columna con Acero A-36


Suma M*pc = 2 (0.80 Zyc Fyc)Suma M*pb = (1.34 Ry Zxb Fyb )


*

>

pb

pc

MM

xx

y

Suma M*pb = (1.34 Ry Zxb Fyb )2 (0.80 Zyc Fyc)(1.34 Ry Zxb Fyb )

1

0.80 ZycZxb

1 Zyc 1.25 Zxb

y



Caso 7: Dos Vigas Conectadas en el Alma (Eje Menor) de una Columna con Acero A-572 G50


Suma M*pc = 2 (0.85 Zyc Fyc)Suma M*pb = 2 (1.34 Ry Zxb Fyb )


*

>

pb

pc

MM

xx

y

Suma M*pb = 2 (1.34 Ry Zxb Fyb )2 (0.85 Zyc Fyc)2 (1.34 Ry Zxb Fyb )

1

0.576 ZycZxb

1 Zyc 1.74 Zxb

y



Caso 8: Una Viga Conectada en el Alma (Eje Menor) de una Columna con Acero A-572 G50


Suma M*pc = 2 (0.85 Zyc Fyc)Suma M*pb = 1.34 Ry Zxb Fyb


*

>

pb

pc

MM

xx

y

Suma M*pb = 1.34 Ry Zxb Fyb 2 (0.85 Zyc Fyc)(1.34 Ry Zxb Fyb )

1

1.152 ZycZxb

1 Zyc 0.87 Zxb

y



Resumen a Travs de Tablas.


0.1*

*

>

pb

pc

MM

xx

yConexin con 2 Vigas

y

Conexin con 1 Viga

Zxc / Zxb

Numero de Vigas A36 A36 (plates) A572 G42 A992 A572 G50 A588

Dos 2,50 2,18 1,80 1,74 1,74 1,74

Una 1,25 1,09 0,90 0,87 0,87 0,87

Relacion Minima de Mdulos Plsticos bajo la condicion de Vigas

Conectadas en las Alas (Eje Mayor) de la Columna con Perfiles Doble T


Resumen a Travs de Tablas.


0.1*

*

>

pb

pc

MM

xx

yConexin con 2 Vigas

y

Conexin con 1 Viga

Zyc / Zxb

Numero de Vigas A36 A36 (plates) A572 G42 A992 A572 G50 A588

Dos 2,50 2,18 1,80 1,74 1,74 1,74

Una 1,25 1,09 0,90 0,87 0,87 0,87

Relacion Minima de Mdulos Plsticos bajo la condicion de Vigas

Conectadas en el Alma (Eje Menor) de la Columna con Perfiles Doble T


f) Conexiones Viga-Columna (9.2 AISC Seismic Provisions )f.1) Las Conexiones Viga-Columna del sistema resistente a sismo tipo SMF deben satisfacer los siguientes requisitos:

.- Deben ser capaces de desarrollar una deriva de piso (rotacin plstica) igual o mayor a 0.04 rad.


.- Deben ser diseadas de acuerdo a la Resistencia Esperada a Flexin de la Viga Conectada en la cara de la columna. Ademas, las conexiones deben desarrollar como mnimo un Momento Resistente igual a 0.80Mp de la viga conectada, para una deriva de piso (rotacin plstica) de 0.04 rad..- Deben ser diseadas a corte considerando el desarrollo de rtulas plsticas en los extremos de la viga conectada:

Vuv = (2 Mpr / Lh ) + VgDonde:Mpr = 1.1 Ry Mp = 1.1 Ry Zb Fyb (Momento mximo esperado en la Viga)Lh = Longitud entre rtulas plsticasVg = Corte proveniente de las cargas gravitacionales mayoradas


20000

30000

40000

M

o

m

e

n

t

o

d

e

l

a

V

i

g

a

e

n

l

a

C

a

r

a

d

e

l

a

C

o

l

u

m

n

a

(

i

n

-

k

i

p

s

)

0.8 Mp

M0.04 0.8 Mp

.- Despues de completar al menos un ciclo de carga con 0.04 radianes, la resistencia a flexion medida en la cara de la columna, debe ser al menos 0.80 Mp de la vigaconectada. A continuacin se presenta el Ciclo de Histresis Tpico Esperado.


-40000

-30000

-20000

-10000

0

10000

20000

-0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08

Deriva de Piso (rad)

M

o

m

e

n

t

o

d

e

l

a

V

i

g

a

e

n

l

a

C

a

r

a

d

e

l

a

C

o

l

u

m

n

a

(

i

n

- 0.8 Mp

M0.04 0.8 Mp


Hcolumna

Carga Cclica


Hcolumna

Deriva de Piso

Hcolumna =


f) Conexiones Viga-Columna (9.2 AISC Seismic Provisions )f.2) Deben Utilizarse Conexiones Precalificadas ANSI/AISC 358 Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications"

Conexin con Plancha Extrema (End Plate)


Viga de Seccin Reducida (RBS)

De 4 Pernos por Ala No rigidizada (4E) De 4 Pernos por Ala Rigidizada (4ES) De 8 Pernos por Ala Rigidizada (8ES)


Conexin con Plancha Extrema (End Plate). 6.2 AISC Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications"

f) Conexiones (9.2 AISC Seismic Provisions )Porticos Especiales de Momento (SMF)


Ejemplos de Conexiones con Plancha Extrema



Ejemplos de Conexiones con Plancha Extrema


Nota: El espesor de la Plancha Extremaes aproximadamente 2.5 veces el espesordel Ala de la Viga que conecta paraperfiles Doble T.


Conexin con Viga de Seccin Reducida (RBS). 6.2 AISC Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications"

f) Conexiones (9.2 AISC Seismic Provisions )Porticos Especiales de Momento (SMF)

Seccin Reducida


Ejemplos de Conexiones con Viga de Seccin Reducida (BRS)



g) Conexiones Viga-Columna con Arriostramiento Lateral(9.7a AISC Seismic Provisions )

g.1) En las conexiones Viga Columna del sistema resistente a sismo tipoSMF, las alas de la columna se podrn arriostrar lateralmente solo en elnivel de las alas superiores de las vigas, cuando se demuestre que fuera dela zona del panel, la columna permanece elstica. Se considera que la


la zona del panel, la columna permanece elstica. Se considera que lacolumna permanece elstica cuando la relacin de Momentos Columna/Vigaes mayor que 2.00

0.2MM

*

pb

*

pc >


g.2) Si la relacin de Momentos Columna/Viga es menor a 2.00, se aplicarn las siguientes disposiciones:

Las alas de la columna estarn soportadas lateralmente al nivel de

g) Conexiones Viga-Columna con Arriostramiento Lateral(9.7a AISC Seismic Provisions )


Las alas de la columna estarn soportadas lateralmente al nivel de ambas alas de las vigas.

El soporte lateral de cada ala de columna se disear para unasolicitacin mayorada igual al dos por ciento (2 %) de la resistenciaterica del ala de la viga (Fyb bf tf ).

Las alas de la columna se soportarn lateralmente, directa oindirectamente, por medio del alma de la columna o de las alas delas vigas perpendiculares.


h.1) Las columnas con conexiones Viga-Columna sin soporte lateral en la direccintransversal al del prtico ssmico, se disearn utilizando la distancia entre lossoportes laterales adyacentes como la altura de la columna para efectos del pandeoen dicha direccin. El diseo se realizar de acuerdo con el Captulo (H) de la NormaANSI/AISC 360-05 Specification for Structural Steel Buildings, excepto que:

h) Conexiones Viga-Columna sin Arriostramiento Lateral(9.7b AISC Seismic Provisions )


ANSI/AISC 360-05 Specification for Structural Steel Buildings, excepto que:

h.1.1) La solicitacin mayorada sobre la columna se calcular para las combinaciones de cargas establecidas, siendo la accin ssmica S el menor valor entre:

La fuerza ssmica amplificada o SH ,donde SH representa la componente horizontalde la fuerza ssmica.

Ciento veinticinco por ciento (125 %) la resistencia minorada del prtico, calculadacomo la resistencia minorada a flexin de la viga o la resistencia minorada a corte dela zona del panel.


h.1.2) Para estas columnas, la relacin de esbeltez L/r no exceder de 60.

h.1.3) En direccin transversal al prtico ssmico, el momento mayoradoen la columna deber incluir el momento generado por la fuerza en el

h) Conexiones Viga-Columna sin Arriostramiento Lateral(9.7b AISC Seismic Provisions )


en la columna deber incluir el momento generado por la fuerza en elala de la viga, como se especifica en la seccin 9.7a, ms el momentode segundo orden que resulta del desplazamiento del ala de lacolumna.


I) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic Provisions )i.1) Distribucin de Fuerzas en la Zona del Panel (Junta Viga-Columna)



Vuv (Der.)Viga Izq. Viga Der.Rtula Plstica

dcoli.2) Clculo de Mf Sh : Distancia donde ocurre la rtula plstica, medida desde la cara de la columna (Depende de la Conexin Utilizada)


Mpr-Der.Mpr-Izq.

Vuv (Izq).Rtula Plstica

Mf1. Mf2

Mf = Mpr + Vuv x sh

sh sh

Mpr : Resistencia Esperada a Flexin actuando en la rtula plstica de la vigaVuv : Resistencia Esperada a Corte actuando en la rtula plstica de la viga

Mf : Resistencia Esperada a Flexin actuando en la cara de la Columna


i.3) Definicin de Mpr y Vuv

L

Rtula Plsticash sh


Lh

Q = (1.2 CP + 0.5 CV )

Vuv = (2 Mpr / Lh ) + Vg

Vuv VuvMpr = 1.1Ry Mp = 1.1Ry Zb Fyb

Vg = QLh / 2

Mpr Mpr


i.4) Definicin de Mpc y Vuc


Mpc

Vuc

Punto de

Puc


Mpc = Zc ( Fyc - Puc /Ag ) Vuc = (2 Mpc / Lv )

Mpc

Vuc

Punto de Inflexin.


Puc : Carga Axial Mayorada actuando en la columna.Ag : Area gruesa de la columna.

Lv


j) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic Provisions )j.1) Diseo de la Zona del Panel (Junta Viga-Columna)

Ru v Rv donde v = 1.0


(((( )))) ucfbf

u Vtd

MR

====

Resistencia Requerida por Corte

Resistencia Nominal basada en elestado lmite de cedencia por CorteJ10.6 AISC Specification for StructuralSteel Buildings


j) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic Provisions )

Cuando Pu 0.75 Py en la Columna:

2tb3

j.2) Definicin de Rv (Resistencia a Corte)


+=

pcb

2cfcf

pcyv tddtb31tdF6.0R (AISC Spec EQ J10-11)

+=

y

u

pcb

2cfcf

pcyv PP2.19.1

tddtb31tdF6.0R

Cuando Pu > 0.75 Py en la Columna (No Recomendado):

(AISC Spec EQ J10-12)

Pu : Carga Axial Mayorada actuando en la zona del Panel


j) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic Provisions )j.3) Parmetros de la Zona del Panel

Py = Fy Ag tcf

bcf

tp

Zona del Panel


dc = Altura de la Columna

db = Altura de la Viga

bcf = Ancho del Ala de la Columna

tcf = Espesor del Ala de la Columna

Fy = Resistencia Cedente de la Columna

Ag = Area Gruesa de la Columna

tp = Espesor Total del Alma de la Columna, incluyendo las planchas adosadas de refuerzo

db

dc


j) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic Provisions)j.4) Incorporacin de planchas de refuerzo en el alma de columnas en la zona del panel.

Si Ru > v Rv Requiere planchas de refuerzo


planchas de refuerzo adosadas al alma

Tipo 1 Tipo 2


j) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic Provisions)Determinacion del Espesor Total de planchas de refuerzo en el alma de columnas en la zona del panel.


=vvu RRt

Plancha biselada y unida a las alas de la columna con=

zyp

vvudreqdp WF

RRt

60.0'

= fccz tdW 2 zW

alas de la columna consoldadura de filete.

Plancha unida a las alas de la columna con soldadura de penetracin completa.

Diseo Sismo-Resistente en Acero2.- Porticos con Arriostramientos Concntricos (CBF)

Sistema de vigas, columnas y arriostramientos concntricos.

Sistemas con desarrollo dedeformaciones y fuerzas axialessignificativas.

2.1 Caracteristicas.


2.2 Tipos de Sistemas Concntricos.

2.- Porticos con Arriostramientos Concntricos (CBF)

V-Invertida

X (1 piso)

VSimple

X (2 Pisos)


2.2 Tipos de Sistemas Concntricos.



2.3 Respuesta Estructural ante Sismos.


T

r

a

c

c

i

n

Com

pre

sin


Sistemas capaces de desarrollar ductilidad, disipacin de Energa e incursiones inelsticas moderadas.

Sistemas con una gran rigidez.

2.4 Desempeo Estructural.


Sistemas con una gran rigidez.

Los mecanismos que pueden presentarse son:

Cedencia en los arriostramientos en Traccin.Pandeo en los arriostramientos en Compresin.

TraccinCompresin

Traccin Compresin


2.5 Diagrama de Histresis de un Arriostramiento Concntrico.

P

Traccin Esquema General


Compresin

AlargamientoAcortamiento

P



PTraccin 1. Representa la capacidad a compresin definida por

el pandeo del elemento.

Primera Fase: Se carga axialmente el elemento a Compresin.


Compresin


PPC

1



PTraccin

1. Representa la capacidad a compresin definida por el pandeo del elemento.

2. Representa la resistencia remanente a compresin

Primera Fase: Se carga axialmente el elemento a Compresin.


Compresin


PC1

2

2. Representa la resistencia remanente a compresin (Post-Pandeo). Se genera una rtula plstica en el centro del elemento

P

Rtula Plstica



PTraccin

3. Representa la deformacin (acortamiento)remanente del elemento generada al superar sucapacidad elstica a compresin.

Segunda Fase: Se descarga axialmente el elemento (P = 0)


Compresin


PC1

2

3



PTraccin

4. Representa la capacidad cedente del elemento a traccin.

Tercera Fase: Se carga axialmente el elemento a traccin.

4Py


Compresin


PC1

2

3

P



PTraccin

5. Representa la deformacin (alargamiento) remanente en el elemento al superar la capacidad elstica.

Cuarta Fase: Se descarga axialmente el elemento (P = 0)

4Py


Compresin


PC1

2

3 5



PTraccin

6. Representa la capacidad a Compresin Reducida por el primer ciclo.

7. Representa la capacidad a compresin para

Quinta Fase: Se carga axialmente el elemento a compresin (Segundo Ciclo).

4Py


Compresin

Alargamiento

Acortamiento

PC1

2

7. Representa la capacidad a compresin paracuando se forma nuevamente la rtula plsticaen el medio del elemento.

3 5

6

7

P

Rtula Plstica


2.6 Clasificacin segn su nivel de Desempeo sismorresistente.

2.6.1 Special Concentrically Braced Frames (SCBF). Prticos Especiales de arriostramientos Concntricos.


Sistemas capaces de desarrollar incursiones inelsticas Moderadas, de manera estable.

2.6.2 Ordinary Concentrically Braced Frames (OCBF). Prticos Ordinarios de arriostramientos Concntricos.

manera estable.

Sistemas con una capacidad inelstica muy Limitada. Su desempeo esta basado en el rango elstico.


Porticos Especiales de arriostramientos Concntricos (SCBF)a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions )

bf

a.1) Relacin Ancho-Espesor en arriostramientos (13.2.d AISC S-P).Las secciones deben ser Compactas Ssmicas (ps), a fin de limitar el pandeo local.

y

s

f

fFE

t

b30.0

2Alas de Arriostramientos

tf

h

tw

yf Ft2

125.0PP

y

u

y

u

y

s

w PP54.11

FE14.3

th

y

s

y

u

y

s

w FE49.1

PP33.2

FE12.1

th

>

125.0P

Py

u >

Alma de Arriostramientos a Flexo-Compresion

Alma de Arriostramientos en Compresin Pura

y

s

w FE

t

h 49.1 Nota: Las Vigas solo debenser Compactas.


a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions )a.2) Relacin Ancho-Espesor en Columnas (13.2.d AISC S-P).Las secciones deben ser Compactas Ssmicas (ps), a fin de limitar el pandeo local.

sf

FE30.0

t2bAlas de Columnas

bf

Porticos Especiales de arriostramientos Concntricos (SCBF)

t f

h

tw

yf F30.0

t2

125.0PP

y

u

y

u

y

s

w PP54.11

FE14.3

th

y

s

y

u

y

s

w FE49.1

PP33.2

FE12.1

th

>

Alas de Columnas

125.0P

Py

u >

Alma de Columnas

Nota: Se exige que las vigas sean por lo menosCompactas en Alas y Almas (p).


a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions )a.3) Resistencia Esperada en Arriostramientos (13.2.b AISC S-P).

a.3.1) Arriostramientos a Traccin


P

P

Pt = PyResistencia Esperada

Pt = Ry Fy Ag


a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions )a.3) Resistencia Esperada en Arriostramientos (13.2.b AISC S-P).

a.3.2) Arriostramientos a Compresin


P

Pc

Resistencia Esperada

Pc = 1.1 Ry Pn

( Pn = Ag Fcr )

Take Presidual = 0.3 Pn

P

Presidual 0.3 Pn


a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions )a.4) Esbeltez en Arriostramientos (13.2.a AISC S-P).Los arriostramientos deben tener una relacin de esbeltez muy controlada, a fin de limitar el pandeo local.

Relacin de Esbeltez Mxima Aplicable si se E


200r

KLFE4

y

Relacin de Esbeltez Mxima Aplicable si se cumple la Condicin A o la Condicin B

r

KLFE4

y

Relacin de Esbeltez Mxima Aplicable slo si se cumple con la Condicin B


a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions )

Condicin A:

La resistencia disponible de lascolumnas debe ser igual omayor a la demanda impuestaen las mismas, considerando la

T

C

0 = 2QE : Accin Ssmica


en las mismas, considerando laAmplificacin de la fuerzassmica condicionada por elfactor o

0 QE - Pgrav 2

T

T

C

C0 QE + Pgrav 1

Pgrav 1 : [ (1.2 + 0.2SDS) CP + 0.5CV ]Pgrav 2 : (0.9 - 0.2SDS) CP

QE : Accin Ssmica


a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions )Condicin B:

La resistencia disponible de las columnas debeser igual o mayor a la demanda impuesta en lasmismas, considerando en el equilibrio del prtico,la resistencia esperada en cada uno de los

Ry Fy Ag

0.3 Pn


la resistencia esperada en cada uno de losarriostramientos condicionada por el factor Ry a

traccin y el efecto de post-pandeo a compresin.Ry Fy Ag

Ry Fy Ag

0.3 Pn

0.3 Pn

0.3 Pn

(Resistencia Axial a Compresin Requerida en Columnas)

[ (Ry Fy Ag ) cos + (0.3 Pn) cos ] + Pgrav

Donde:

Pgrav : [ (1.2 + 0.2SDS) CP + 0.5CV ]


a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions )

Condicin B:

La resistencia disponible de las columnas debeser igual o mayor a la demanda impuesta en lasmismas, considerando en el equilibrio delprtico, la resistencia esperada en cada uno de

Ry Fy Ag

0.3 Pn


prtico, la resistencia esperada en cada uno delos arriostramientos condicionada por el factorRy a traccin y el efecto de post-pandeo acompresin.

(Resistencia Axial a Traccin Requerida en Columnas)

[ (Ry Fy Ag ) cos + (0.3 Pn) cos ] - Pgrav

Donde:

Pgrav : (0.9 - 0.2SDS) CP

Ry Fy Ag

Ry Fy Ag

0.3 Pn

0.3 Pn


a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions )a.5) Distribucin de Fuerzas Laterales (13.2.c AISC S-P).

Los arriostramientos se dispondrn a lo largo de cualquier lnea resistenteen direcciones alternadas, en forma tal que para cualquier direccin de lafuerza, paralela al arriostramiento, por lo menos un treinta por ciento (30%),pero no ms del setenta por ciento (70 %), de la fuerza horizontal total, sea


pero no ms del setenta por ciento (70 %), de la fuerza horizontal total, searesistida por los arriostramientos traccionados, a menos que la resistenciaterica Nt , de cada arriostramiento comprimido sea mayor que lasolicitacin mayorada que resulta al aplicar las combinaciones que incluyenla carga ssmica amplificada a travs del factor 0.

La disposicin debe ser alternante a fin de obtener una respuesta estructuralestable y similar, en ambos sentidos de la accin ssmica.

Se define como lnea de arriostramiento, una lnea nica o lneas paralelasque no se desven en planta ms de un diez por ciento (10 %) de ladimensin de la edificacin perpendicular a la lnea de arriostramiento.



Disposicin Incorrecta de Arriostramientos debido a que

todos los miembros estan a

Linea Resistente


Disposicin Correcta de Arriostramientos debido a

que hay una adecuada proporcionalidad de

miembros a compresin y a traccin.

todos los miembros estan a compresin.

( Arriostramientos Alternados )

Linea Resistente

(Arriostramientos orientados en una sola Direccin)



Arriostramientos


BySx

L

Los ejes 1 y 2 pertenecen a una misma lnea de arriostramiento siempre y cuando la distancia L entre ellos sea menor o igual al 10% del ancho (By) de la planta.


b) Resistencia Requerida en Conexiones de Arriostramientos. (13.3 AISC Seismic Provisions )

b.1) Resistencia Requerida a Traccin (13.3.a AISC S-P).La solicitacin en las Conexiones de Arriostramientos, incluyendo las unionesViga-Columna que son parte del sistema de arriostramiento, deber ser el menorde los siguientes valores:


de los siguientes valores:

b.1.1) La Resistencia Terica Esperada en el Arriostramiento.

Pt = Ry Fy Ag

b.1.2) La fuerza mxima que el sistema puede transferir al arriostramiento obtenida del anlisis No Lineal

Caso Recomendado



b.1) Resistencia Requerida a Traccin (13.3.a AISC S-P).Pt = Ry Fy Ag




b.2) Resistencia Requerida a Flexin (13.3.b AISC S-P)..- Para arriostramientos Empotrados, las rtulas plsticas a flexin se forman en el centro y en los extremos del Miembro. Esto genera que los arriostramientos transmitan momentos a la conexin y a los miembros unidos a la misma.


transmitan momentos a la conexin y a los miembros unidos a la misma.

Rtulas Plsticas

PMM

M = 1.1 Ry Mp = 1.1 Ry Fy Z Arriostramiento (Respecto al eje de Pandeo)

P




1.1 Ry Mp-diagonal



b.2) Resistencia Requerida a Flexin (13.3.b AISC S-P)..- Para arriostramientos Articulados, las rtulas plsticas a flexin se formanslo en el centro del Miembro. Esto genera que los arriostramientos Notransmitan momentos a la conexin y a los miembros unidos a la misma.


transmitan momentos a la conexin y a los miembros unidos a la misma.

P

P

Rtula Plstica

P

P



b.3) Resistencia Requerida a Compresin (13.3.c AISC S-P)..- La resistencia requerida a compresin de la conexin deber ser igual o mayor a la resistencia mxima esperada a compresin del arriostramiento.

P = 1.1 R P


Pc = 1.1 Ry Pn


Disposicin General de una Conexin Articulada.


Plancha Nodo Gusset Plate

2t


Ejemplo de Conexion Articulada.Porticos Especiales de arriostramientos Concntricos (SCBF)

> 2t> 2t

Plancha Nodo Gusset Plate


Conexiones con Angulos



c) Requerimientos Especiales en Configuraciones de Arriostramientos. (13.4 AISC Seismic Provisions )

c.1) Arriostramientos Tipo V y Tipo V Invertida (13.4.a AISC S-P).


Tipo V Tipo V-Invertida




c.1.1) La resistencia requerida de las vigas intersectadas por los arriostramientos, susconexiones y miembros de soporte, deber ser determinada de acuerdo a lascombinaciones de carga aplicables para el diseo de edificaciones, considerando


combinaciones de carga aplicables para el diseo de edificaciones, considerandoque los arriostramientos no generan soporte a las vigas para las cargasgravitacionales (permanentes y variables). Para las combinaciones que incluyen lacarga Ssmica E amplificada, la misma se calcular considerando lo siguiente:

Fuerza en Arriostramientos a Traccin Ry Fy Ag

Fuerza en Arriostramientos a Compresin 0.3 Pn



c.1) Arriostramientos Tipo V y Tipo V-Invertida (13.4.a AISC S-P).

c.1.2) Distribucin de Fuerzas en el Sistema Viga-Arriostramientos


Ry Fy Ag

0.3 Pn

Pgrav = ( 1.2 + 0.2 SDS ) CP + 0.5 CV

( Ry Fy Ag - 0.3 Pn ) sen

( Ry Fy Ag + 0.3 Pn ) cos

Pgrav = ( 1.2 + 0.2 SDS ) CP + 0.5 CV




c.1.3) Las Vigas deben ser continuas entre las columnas.


c.1.4) Ambas alas de la viga deben estar soportadas lateralmente a una distancia menor que el lmite Lpd.

yy2

1pd rF

EMM076.012.0L

++++====

c.1.5) Ambas alas de la viga deben estar soportadas lateralmente en el punto de interseccin de los arriostramientos concntricos.



c.2) Arriostramientos Tipo K (13.4.b AISC S-P).


Estn prohibidos debido a que se genera un mecanismo por la falla en la Columna.


d) Empalmes de Columnas. (13.5 AISC Seismic Provisions )

d.1) Los empalmes de columnas deben disearse como mnimo para desarrollar el 50% de la menor resistencia a flexin de los miembros conectados.

Mpc-1


Mpc-2

M > 0.5 MpcMpc = Zc ( Fyc - Puc /Ag )

Empalme


d) Empalmes de Columnas. (13.5 AISC Seismic Provisions )

d.2) La resistencia requerida por corte en los empalmes de columnas se establece considerando la resistencia esperada a flexin en los extremos de la columna.

Vuc

Mpc


MpcVuc

Vuc

LvV = Vuc

Vuc = (2 Mpc / Lv )


Ejemplo de una Edificacin DualPorticos Especiales de Momento + Arriostramientos Concntricos


Sistema de Columnas, Vigas y Arriostramientos Excentricos

Comportamiento a flexin y corte en Vigas-Eslabn.

3.1 Caractersticas.

3.- Porticos con Arriostramientos Excntricos (EBF)

en Vigas-Eslabn.

Desarrollo de deformaciones axiales en columnas y arriostramientos.


3.2 Tipos de Sistemas Excntricos.


e e e e

ee


3.- Porticos con Arriostramientos Excntricos (EBF)3.3 Ejemplos de Sistemas Excntricos.


3.- Porticos con Arriostramientos Excntricos (EBF)3.4 Definicin de Elemento Eslabn LINK.

Link

Link


3.- Porticos con Arriostramientos Excntricos (EBF)3.5 Respuesta Inelstica.


bf

a.1) Relacin Ancho-Espesor de Viga-eslabon (15.2a AISC S-P).Las secciones deben ser Compactas Ssmicas (ps), a fin de limitar elpandeo local.

a) Limitaciones en Miembros.

3.- Porticos con Arriostramientos Excntricos (EBF)3.6 Requisitos Sismorresistentes (15.0 AISC Seismic Provisions )

y

s

f

f

FE30.0

t2b

Alas de Viga-Eslabon Alma de Viga-Eslabon

y

s

w FE

45.2th

tf

h

tw

a.2) No se permite incorporar planchas adosadas ni soldaduras de penetracin en el alma de los elementos Eslabones.


bf

a.2) Relacin Ancho-Espesor de Columnas (15.2a AISC S-P).Las secciones deben ser Compactas Ssmicas (ps), a fin de limitar elpandeo local.

a) Limitaciones en Miembros.

3.- Porticos con Arriostramientos Excntricos (EBF)3.6 Requisitos Sismorresistentes (15.0 AISC Seismic Provisions )

sf E30.0b Alas de Columnas

tf

h

tw

y

s

f

f

FE30.0

t2b

125.0PP

y

u

y

u

y

s

w PP

FE

t

h54.1-114.3

y

s

y

u

y

s

w FE49.1

PP33.2

FE12.1

th

>

Alas de Columnas

125.0P

Py

u >

Alma de Columnas

Nota: Se exige que los Arriostramientos sean por lo menosCompactos en Alas y Almas (p).


b.1) Equilibrio de Fuerzas

3.- Porticos con Arriostramientos Excntricos (EBF)b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions )

e

M MEquilibrio de Fuerzas en el Eslabn

V VM M

V

M

M

Se debe determinar si la resistencia plstica del

Eslabn es controlada por Corte o por Flexin



e

M MCapacidad Plstica a Corte:

V = Vp = 0.6 Fy (d - 2tf ) tw

b.1) Equilibrio de Fuerzas.b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions )

V VM M

V

M

M

Esfuerzo cedente a Corte Area del Alma

Vp = Capacidad Plstica a Corte del Eslabn.

V = Vp = 0.6 Fy (d - 2tf ) tw



e

M M Capacidad Plstica a Flexin

b.1) Equilibrio de Fuerzas.b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions )

V VM M

V

M

M

Mdulo de Seccin Plstico

Vp = Capacidad Plstica a Flexin del Eslabn.

M = Mp = Z Fy



e

M

b.2) Equilibrio Plstico de Fuerzas para la Falla Simultnea de Corte y Flexion

M Equilibrio Plstico

b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions )

VpMp

Vp

Mp

p

p

VM2

ecrit ====El Corte y Momento plsticoocurren simultneamente cuando V=Vp and M=Mp

Equilibrio Plstico



e

M MLa cedencia por Corte ocurrecuando:

b.3) Cedencia por Corte del Eslabon.b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions )

Vp VpM M

V = Vp

M < Mp V = Vpy

2Me

Vp

p

M < Mp



e

Mp MpLa cedencia por Flexin ocurre cuando:

b.4) Cedencia por Flexion del Eslabon.b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions )

V VMp Mp

V < Vp

M = Mp V < Vpy

2Me

Vp

p

M = Mp



b.5) Resistencia por Corte ( Vn). (15.2b AISC S-P).

Vp Controlado por:2M

eV

pv = 0.9


Si Pu 0.15 Py

Vn = Menor valor entre

Vp

2Mp / e

eVp

Controlado por:2M

eV

p

p

Vu v VnVu: Corte ultimo proveniente del anlisis.



b.5) Resistencia por Corte ( Vn). (15.2b AISC S-P).

Vv = 0.9


Si Pu > 0.15 Py2

=

P

Vn = Menor valor entre

Vpa

2Mpa / e

Vu v Vn

1

=

y

uppa P

PVV

=

y

uppa P

PMM 118.1

Py = A Fy

Pu: Carga Axial Ultima proveniente del AnlisisVu: Corte Ultimo proveniente del Anlisis.



b.5) Resistencia por Corte ( Vn). (15.2b AISC S-P).b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions )

Si Pu > 0.15 Py

MA

A

Adicionalmente la Longitud e delEslabon No debe exceder de:

e

Donde:

u

u

VP

==== ( ) wfw ttdA 2=p

p

VM

6.1 3.0

g

w

AA

p

p

g

w

VM

AA 6.15.015.1

3.0

g

w

AA



200

250

L

i

n

k

N

o

m

i

n

a

l

S

h

e

a

r

S

t

r

e

n

g

t

h

0 1 2 3 4 5

e / (Mp/Vp)

Vn=Vp


0

50

100

150

200

0 36 72 108 144 180

Link Length e (inches)

L

i

n

k

N

o

m

i

n

a

l

S

h

e

a

r

S

t

r

e

n

g

t

h

(

k

i

p

s

) Vn=2Mp /e



b.6) Rotacin Plstica del Eslabon (p). (15.2c AISC S-P).b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions )

p



b.6) Rotacin Plstica del Eslabon (p). (15.2c AISC S-P).e

p

e

p

p p


L

p

p

ppe

L ====

L

p

p

ppe

L ====

H H

H



b.6) Rotacin Plstica del Eslabon (p). (15.2c AISC S-P).

La Rotacin Mxima del Eslabon esta definida por las siguientes condiciones:


0.08 radianes para: e 1.6 Mp / Vp0.02 radianes para: e 2.6 Mp / VpInterpolacin Lineal para valores de e entre :

1.6 Mp / Vp < e < 2.6 Mp / Vp

p max




0.08

0.1

R

o

t

a

c

i

n

M

x

i

m

a

d

e

l

p

0

0.02

0.04

0.06

0 1 2 3 4 51.6 2.6

Cedencia por Corte

Cedencia por Flexion

Corte + Flexion

Longitud del Eslabn Link: e/(M p /V p)

R

o

t

a

c

i

n

M

x

i

m

a

d

e

l

E

s

l

a

b

n

L

i

n

k

15




0

5

10

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1e/L

p

/

/

/

/

p


3.- Porticos con Arriostramientos Excntricos (EBF)c) Rigidizadores (15.3 AISC Seismic Provisions )

Long. del Eslabon eRigidizadores IntermediosEspesor Mnimo

Deben colocarse rigidizadorescompletos a ambos lados del alma,al principio y al final del eslabn.



30 t - d /5 para = 0.08 radianes

e 1.6 Mp / Vp

s

30 tw - d /5 para p = 0.08 radianes

52 tw - d /5 para p = 0.02 radianes

interpolar para 0.02 < p < 0.08 radianes

tw = Espesor del alma del Eslabon

d = Altura del Eslabon



s s s s s

ee 1.6 Mp / Vp

Disposicin de Rigidizadores Intermedios.



2.6 Mp / Vp < e < 5 Mp / Vp

e

1.5 bf 1.5 bf1.5 bf 1.5 bf

bf = Ancho del Ala del Eslabon



1.6 Mp / Vp < e < 2.6 Mp / Vp Interpolar

e > 5 M / V No se Requierene > 5 Mp / Vp No se Requieren

En general, el espesor Mnimo de los rigidizadores sera el mayor valor entre 0.75 tw o 10mm


3.- Porticos con Arriostramientos Excntricos (EBF)d) Arriostramiento Lateral del Eslabon (15.5 AISC Seismic Provisions )

e

Se requiere arriostramiento lateral en ambas alas del eslabn, en los extremos del mismo


3.- Porticos con Arriostramientos Excntricos (EBF)d) Arriostramiento Lateral del Eslabon (15.5 AISC Seismic Provisions )

Resistencia requerida del arriostramiento lateral, ubicado en cada extremo del Eslabon.

[[[[ ]]]][[[[ ]]]]o

Linkyyb h

ZFR06.0P ====

ho = Distancia entre los centroides de las alas del eslabon.


3.- Porticos con Arriostramientos Excntricos (EBF)e) Arriostramiento y Viga Fuera de la Zona del Eslabon(15.6 AISC Seismic Provisions )

Vigas Fuera del Eslabon

Arriostramientos



VMPVMP

MMPMMP

VMP VMP

Equilibriode Fuerzas

VMP

MMP MMP



15.6a: Para el Diseo del Arriostramiento. VMP = 1.25 Ry Vn

Para el Diseo de la Viga fuera del Eslabon y el Arriostramiento, se define un valor de Corte Mximo Probable en el Eslabon Link

15.6a: Para el Diseo del Arriostramiento. VMP = 1.25 Ry Vn

15.6b: Para el Diseo de la Viga. VMP = 1.10 Ry Vn

Vn = Resistencia Nominal a Corte

2VeM MPult ====

La Viga fuera del eslabn y el arriostramientodeben permanecer elsticos para cuandoocurren las Fuerzas Mximas Probables en elEslabn Link a fin de mantener la estabilidaddel sistema estructural durante un eventossmico.



Para fines prcticos se determina un factor de Amplificacin ssmica atraves de la relacin entre el Corte Mximo Probable y el Corte por Sismo enel Eslabn Link.

15.6.a Diseo de Viga Fuera del Eslabon:

VMP = 1.1 Ry Vn

MMP = e Vult /2

el Eslabn Link.

=1.1 Ry Vn

Vsismo Link

1 2



Luego, se aplican las combinaciones de carga incluyendo el Factor deAmplificacin 1 para determinar las Cargas Ultimas de Corte, Axial yMomento , en la Viga fuera del Eslabn:

15.6.a Diseo de Viga Fuera del Eslabon:

Momento , en la Viga fuera del Eslabn:

(1.2 + 0.2 SDS) CP + CV + 1 QE(0.9 - 0.2 SDS) CP + 1 QE



Para fines prcticos se determina un factor de Amplificacion ssmica atraves de la relacin entre el Corte Mximo Probable y el Corte por Sismo enel Eslabn Link.

15.6.b Diseo del Arriostramiento:

VMP = 1.25 Ry Vn

MMP = e VMP /2

el Eslabn Link.

=1.25 Ry Vn

Vsismo Link

2 2



Luego, se aplican las combinaciones de carga incluyendo el Factor deAmplificacin 2 para determinar las Cargas Ultimas de Corte, Axial yMomento, en el Arriostramiento :

15.6.b Diseo del Arriostramiento:

Momento, en el Arriostramiento :




15.6.c Conexin del Arriostramiento :

La conexin del Arriostramiento en susextremos debe disearse para las fuerzas

MMP

maximas de Traccin y Compresin queocurre en el Mismo considerando lascombinaciones de carga con el sismoamplificado utilizando el factor 2

=1.25 Ry Vn

Vsismo Link

2 2


VMP


3.- Porticos con Arriostramientos Excntricos (EBF)f) Conexiones Viga - Columna(15.7 AISC Seismic Provisions )

Estas conexiones deben disearse paralas Fuerzas mximas que ocurren en elMMP

Las conexiones Viga - Columna pueden ser dispuestas a Corte Simple o aMomento con los requerimientos de un sistema Ordinary Moment Frames.

las Fuerzas mximas que ocurren en elextremo de la Viga considerando lascombinaciones de carga con el sismoamplificado utilizando el factor 1

=1.25 Ry VnVsismo Link

1 2


VMP

MMP


3.- Porticos con Arriostramientos Excntricos (EBF)g) Resistencia Requerida en Columnas (15.8 AISC Seismic Provisions )

Si se cumple esta relacin se debenaplicar los siguientes aspectos:

4.0>uP

Pu: Carga Axial Ultimaproveniente del Anlisis sinconsiderar la carga sismicaamplificada.

4.0>n

u

PP

Pn: Resistencia Axial Nominalde la Columna.g.1) La Resistencia Axial Requerida de Traccin y Compresion sinconsiderar los momentos, debe determinarse utilizando las combinacionesde carga con la aplicacin del factor de Amplificacin Ssmica del sistema.

Compresin: (1.2 + 0.2 SDS) CP + CV + o QETraccin: (0.9 - 0.2 SDS) CP - o QE

o = 2



g.2) Las Columnas deben resistir aCompresion y Traccin, las fuerzasgeneradas por la sumatoria de los cortesmximos probables en los eslabones porencima de su nivel, mas la carga

g) Resistencia Requerida en Columnas (15.8 AISC Seismic Provisions )

VMP

VMP

MMP

encima de su nivel, mas la cargagravitacional mayorada.

Para tal fin, la carga ssmica se define:

Comp: (1.2 + 0.2 SDS) CP + CV + QETracc: (0.9 - 0.2 SDS) CP - QE

Luego, se aplican las Combinaciones

QE = 1.1 Ry Vn VMP

MMP

MMP


3.- Porticos con Arriostramientos Excntricos (EBF)g) Zonas Protegidas (15.9 AISC Seismic Provisions )

Zonas protegidas


APLICACIN DE LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 y ANSI/AISC 341-05

UTILIZANDO LOS PROGRAMASSAP2000 & ETABS


Utilizando los Programas CSI: ETABS & SAP2000Sistema: Special Moment Frames SMF (Manual: SFD-AISC-360-05)

y

s

f

f

FE30.0

t2b

y

s

w FE

t

h 45.2

Revisin de esbeltez en alas y alma de Vigas (Secciones Compactas Ssmicas)

Revisin de esbeltez en alas y alma de Columnas

y

s

f

f

FE30.0

t2b

125.0y

u

PP

y

u

y

s

w PP

FE

t

h54.1-114.3

y

s

y

u

y

s

w FE49.1

PP33.2

FE12.1

th

>

125.0P

Py

u >

Py = A Fy

Revisin de esbeltez en alas y alma de Columnas (Secciones Compactas Ssmicas)


Utilizando los Programas CSI: ETABS & SAP2000

Revisin de la longitud No Arriostrada en Vigas.

Lb = Distancia entre Arriostramientos lateralesry = Radio de Giro Menor

rFEL y

yb 086.0

Sistema: Special Moment Frames SMF (Manual: SFD-AISC-360-05)

Revisin de la esbeltez en Columnas.

Lb Lb

L/ry 60L = Longitud Total de la Columnary = Radio de Giro Menor



Evaluacin de Columna Fuerte / Viga Debil, utilizando LRFD

Para el Eje Mayor Para el Eje Menor

Rmin Nb : Numero de Vigas que


Rmin

Rmaj : Relacin de Momentos Plsticos en la direccin del Eje Mayor de la Columna

Rmin : Relacin de Momentos Plsticos en la direccin del Eje Menor de la Columna

M*pbn : Capacidad de Momento Plstico de la Viga n que conecta a la Columna

n : Angulo entre la Viga n y la direccin del Eje Mayor de la Columna

M*pcax,y : Capacidad de Momento Plstico en los Ejes Mayor o Menor de la columna en el nivel superior al Nodo

M*pcbx,y : Capacidad de Momento Plstico en los Ejes Mayor o Menor de la columna en el nivel inferior al Nodo

Nb : Numero de Vigas queconectan a la Columna.



Evaluacin de Columna Fuerte / Viga Dbil.

Capacidad de Momento Plstico en la Columna.


dc = Altura de la ColumnaLb = Longitud Libre del Tramo (viga)

Capacidad de Momento Plstico en la Viga.

Fyb = Esfuerzo Cedente de la VigaZb = Mdulo plstico de la Viga

Puc = Carga ltima en la columnaAg = Area gruesa de la columna

Fyc = Esfuerzo cedente de la Columna.Zc = Mdulo plstico de la Columna.

Ry = Factor de Sobre-resistencia de la viga

Nota: Es importante destacar que la frmula presenta una estimacin aproximada del 80% del valor real, ya que en la misma no se incluye el corte gravitacional ni la distancia de la rtula plstica, conforme a la norma ANSI/AISC 341-05



Corte mximo en los Extremos de las Vigas.

Mpb = 1.1Ry Mp = 1.1Ry Zb Fyb


Vu = Corte ltimo en los Extremos de la Viga

VDL = Corte proveniente de la Carga Muerta

MpbMpb

Vu Vu

C = Factor asociado al tipo de unin de la VigaC = 0 (ambos extremos articulados).C = 1 (uno de los extremos esta articulado)C = 2 (ambos extremos estan empotrados)

VLL = Corte proveniente de la Carga Viva

Mpb = Capacidad del Momento Plstico de la Viga

Lh = Longitud Libre de la Viga entre columnas


Utilizando los Programas CSI: ETABS & SAP2000Sistema: Special Concentrically Braced Frames SCBF (Manual: SFD-AISC-360-05)

0.382

f s

f y

b Et F

Revisin de esbeltez en alas y alma de Vigas (Secciones Compactas)

twh

FEs3.76

y

y

s

f

f

FE30.0

t2b

125.0y

u

PP

y

s

y

u

y

s

w FE49.1

PP33.2

FE12.1

th

>

125.0P

Py

u >

Py = A Fy

Revisin de esbeltez en alas y alma de Columnas y Arriostramientos (Secciones Compactas Ssmicas)

y

u

y

s

w PP

FE

t

h54.1-114.3


Utilizando los Programas CSI: ETABS & SAP2000Sistema: Special Concentrically Braced Frames SCBF (Manual: SFD-AISC-360-05) Revisin de Relacin de Esbeltez en Arriostramientos.

rKL

FE4

y

Revisin de Longitud No Arriostrada para Sistemas Revisin de Longitud No Arriostrada para Sistemas de arriostramientos Tipo V o V Invertida.

Nota: Es importante destacar que el programa en las vigas donde se conectan arriostramientos de Tipo Vo V invertida no revisa las siguientes condiciones:

a) Relacin Demanda/Capacidad ante cargas gravitacionales sin considerar los arriostramientos.

b) Relacin Demanda/Capacidad para las cargas que se producen en la misma considerando en el equilibrio:

Arriostramientos en Traccin: y en Compresin:


Utilizando los Programas CSI: ETABS & SAP2000Sistema: Excentrically Braced Frames EBF (Manual: SFD-AISC-360-05)

y

s

f

f

FE30.0

t2b

y

s

w FE

t

h 45.2

Revisin de esbeltez en alas y alma de Viga-Eslabn (Secciones Compactas Ssmicas)

Revisin de esbeltez en alas y alma de

y

s

f

f

FE30.0

t2b

125.0y

u

PP

y

u

y

s

w PP

FE

t

h54.1-114.3

y

s

y

u

y

s

w FE49.1

PP33.2

FE12.1

th

>

125.0P

Py

u >

Py = A Fy

Revisin de esbeltez en alas y alma de Columnas (Secciones Compactas Ssmicas)


Utilizando los Programas CSI: ETABS & SAP2000Sistema: Excentrically Braced Frames EBF (Manual: SFD-AISC-360-05) Revisin de esbeltez en alas y alma de Arriostramientos (Secciones Compactas )

0.382

f s

f y

b Et F

Determinacin de Resistencia por corte en la Viga-Eslabn (Link).

twh

FEs3.76

y

Determinacin de Resistencia por corte en la Viga-Eslabn (Link).



El programa verifica que la longitud de la Viga-Eslabn no exceda la mxima permitida:

Si la carga Axial Mayorada en la Viga-Eslabn (Link) supera el 15% de su resistencia axial:

Determinacin de Rotacin inelstica de la Viga-Eslabn (Link) producto del anlisis:

Cd = Factor de Amplificacin de Desplazamiento. (Ductilidad)I = Factor de Importancia.



Revisin de la rotacin que ocurre en la Viga-Eslabn (Link) en funcin a la maxima permitida, definida de la siguiente manera:

0.08 radianes para: e 1.6 Mp / Vp0.08 radianes para: e 1.6 Mp / Vp0.02 radianes para: e 2.6 Mp / VpInterpolacin Lineal para valores de e entre :

1.6 Mp / Vp < e < 2.6 Mp / Vp

max



Revisin de la Relacin Demanda / Capacidad en Arriostramientos sustituyendo elsismo (E) de las combinaciones por un trmino Q donde se incluyen fuerzas axiales,cortes y momentos provenientes del equilibrio al considerar que la Viga-Eslabn(Link) alcanza un valor de corte ltimo en condicin inelstica.

V = 1.25 R VVult = 1.25 Ry Vn.

Revisin de la Relacin Demanda / Capacidad en la Viga sustituyendo el sismo (E) delas combinaciones por un trmino Q donde se incluyen fuerzas axiales, cortes ymomentos provenientes del equilibrio al considerar que la Viga-Eslabn (Link) alcanzaun valor de corte ltimo en condicin inelstica.

Vult = 1.10 Ry Vn.


Utilizando los Programas CSI: ETABS & SAP2000Diseo de Planchas de Continuidad (Manual: SFD-AISC-360-05)

Resistencia a flexin del Ala de la Columna.

Para columnas del Ultimo Nivel

Para columnas en General.

Resistencia a flexin del Alma de la Columna.




Utilizando los Programas CSI: ETABS & SAP2000Diseo de Planchas de Continuidad (Manual: SFD-AISC-360-05) Resistencia al aplastamiento del Alma de la Columna.



Si tfb/dc 0.2 Si tfb/dc > 0.2


Utilizando los Programas CSI: ETABS & SAP2000Diseo de Planchas de Continuidad (Manual: SFD-AISC-360-05) Resistencia al pandeo del alma de la Columna.




Determinacin del Area requerida para las planchas de Continuidad.




Utilizando los Programas CSI: ETABS & SAP2000Diseo de Planchas de Continuidad (Manual: SFD-AISC-360-05)

Si Acp 0 No se requieren planchas de Continuidad

Si Acp > 0 Se requieren planchas de Continuidad

Disposiciones Mnimas de las Planchas de Continuidad (De ser requeridas).

Espesor Mnimo

Ancho Mnimo

Area Mnima


Utilizando los Programas CSI: ETABS & SAP2000Diseo de Dobles Planchas Zona del Panel(Manual: SFD-AISC-360-05)

Demanda por Corte en la Zona del Panel.

Resistencia por Corte en la Zona del Panel.

En sistemas SMF se tiene que: Mbn = Ry Mp = Ry Zb Fyb

Definicin del Espesor Total de plancha Requerido en Zona del Panel.

Espesor requerido de planchas doblesadicionales adosadas al alma de lacolumna en la zona del panel


Utilizando los Programas CSI: ETABS & SAP2000Ejemplos de Reportes (Manual: SFD-AISC-360-05)

Longitud No arriostrada en Vigas de sistemas SMF.

Diseo Sismo-Resistente en AceroUtilizando los Programas CSI: ETABS & SAP2000

Ejemplos de Reportes (Manual: SFD-AISC-360-05) Sustitucin de trmino ssmico E en la combinacin por el Trmino Q1para el diseo de Arriostramientos Excntricos.

Diseo Sismo-Resistente en AceroUtilizando los Programas CSI: ETABS & SAP2000

Ejemplos de Reportes (Manual: SFD-AISC-360-05) Sustitucin de trmino ssmico E en la combinacin por el Trmino Q1para el diseo de la Viga fuera del Eslabn (Link).



Esbeltez en Arriostramientos de Sistemas SCBF



Seccin No Compacta Ssmica. Sistema SMF



Espesor de Doble Planchas y Relacin de Momentos Resistentes Viga / Columna.

111219486 S Diseno Sismo Resistente en Acero Abril 2010

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