CRITERIOS DE ESTRUCTURACIÓN DE EDIFICIOS EDIFICIOS DE ACERO ACERO
Agenda: 1. Tipolog Tipología ía Estructural 2. Conexiones 3. Predimensiona Predimensionamiento miento 4. Estados Límite 5. Ventajas del cero Estructural !. cciones ". #ormati$idad
Agenda: 1. Tipolog Tipología ía Estructural 2. Conexiones 3. Predimensiona Predimensionamiento miento 4. Estados Límite 5. Ventajas del cero Estructural !. cciones ". #ormati$idad
Tipología Ti pología Estructural Acciones Verticales Debido a la Carga Permanente y la Carga Viva
Acciones Transmitidas a la Cimentación a través de las Columnas
Cimentación
FIGURA
Tipología Ti pología Estructural
Des"la#amientos $ori#ontales en los entre"isos
Viento
Cargas en las Cimentaciones
%I%&'
FIGURA !
Recomendaciones generales para la estructuracin de edi!icios de Acero " #oco peso " Sencille$% simetría & regularidad en planta " #lantas poco alargadas: 'relacin (argo)anc*o + ,-./ " #rocurar uni!ormidad de rigide$ en ele0acin " 1iperestaticidad " Articulaciones pl2sticas en miem3ros *ori$ontales " #ropiedades din2micas de las estructuras adecuadas al terreno
I4#ORTANCIA DE( CRITERIO DE ESTRUCTURACIÓN
Estructuracin a 3ase de 4arcos Rígidos &arco R(gido
Vigas conectadas en las columnas Esfuerzos Horizontales
Esfuerzos Horizontales V
V
V
V
V 1.5V Esfuerzos Horizontales
V 1.5V
Losa Rígida
V 2V
Resistencia a los Esfuerzos Horizontales
2V
Estructuracin Contra0enteada Vigas y Columnas Princi"ales
Esfuerzos Horizontales transferidos a los contravientos verticales debido a la rigidez de la losa
Vigas Apoyadas en las columnas Esfuerzos Horizontales
Estructuracin con 4uros de Cortante E!-+ER! HR$'(ALE!
L!A R"#$%A %E &'&RE(
E!-+ER! HR$'(ALE!
,+R! %E &R(A'(E
V$#A! A)*A%A! E' LA! &L+,'A!
Estructuracin con 4uros de Cortante E!-+ER! HR$'(ALE!
V$#A! %E A&ER A)*A%A! E' ,+R
,+R %E &'&RE( AR,A% /+E !+!($(+*E EL E0E %E &L+,'A!
Estructuracin con N5cleo de Concreto '+&LE %E &'&RE( &' (RRE %E E!&ALERA! * H+E&! )ARA ELEVA%RE! ELEVA%RE! AER(+RA )ARA A&&E! A L! E'(RE)$!!
V$#A! !$,)LE,E'(E A)*A%A! E' LA! &L+,'A! RE!$!(E'&$A %EL '+E&LE A L! E!-+ER! HR$$'(ALE! H
H
H
3H
Estructuracin Tu3ular &ontravientos en (odas las &aras.
Cone6iones %& Rígida
Tipo I
Simple
Tipo II
Semi 7 Rígida
Tipo III
L'(& Totalmente Restringida #arcialmente Restringida #arcialmente Restringida
Cone6iones
Cone6iones
SIMPLE RESTRINGIDA
SEMI – RÍGIDA
Cone6iones Simples
Cone6iones Simples
Cone6iones Simples
Cone6iones Simples
Cone6iones Simples
Cone6iones Rígidas
Cone6iones Rígidas
Cone6iones Rígidas
Cone6iones Rígidas
Cone6iones Semi 7 Rígidas
Cone6iones Semi 7 Rígidas
Cone6iones Semi 7 Rígidas
#redimensionamiento Peraltes en $igas) *&e +u, dependeC'% CT#TE% /0
CL' %LV' /L0
C#&C#E% &E P " '6&% " %7PLE% " %E7 8 '6&%
#redimensionamiento Peraltes en $igas)
9
d
d
8
8
9
1% IR
Seccin con0enientes de 0igas 9
9
8
8
9
8
8
9
8
8
9
CE
9
9
9
OS
8
8
Seccin 1% IR
, CE
9
9
9 9
8
8
CS
8
8
8
8
9
8
8
(I
9
9
#E(
9
, CE
;igas de seccin I laminadas soldadas
L 24
< d ≤
L 28
Ejemplo) Para una $iga ' con claro de 9.:: mts 900 26
= 34.62cm
Proponemos una $iga ' de 14; /35! mm0
Armaduras de cuerdas paralelas
Armaduras de cuerdas paralelas
L 12
< d ≤
L 15
Ejemplo) Para una armadura con claro de 14 mts 1400 12
= 116 .67cm
Proponemos armadura con do esta pr?ctica aun+ue en algunos casos rigen las condiciones geom,tricas.
Estructuras Espaciales
Estructuras Espaciales
Estructuras Espaciales
Estructuras Espaciales
L 20
< d ≤
L 40
Ejemplo) Para un claro de ": mts 7000 30
= 233.33cm
Proponemos un peralte due sir0e de 3ase para el diseKo de la estructura% o 3ien% la re>uerida por las condiciones del caso en particularEn las ta3las de dimensiones & propiedades de Lerdau Corsa & en la p2gina @J del artículo tcnico M#rincipios de Ar>uitectura e Ingeniería de la coleccin MEl Acero 1o& podemos o3ser0ar las ta3las del RCDF >ue nos enuncia las di!erentes cargas 0i0as para los di!erentes destinos de las estructuras & algunas anotaciones re!erentes a dic*as cargas-
Acciones Cargas ccidentales) Estas cargas se utili$an para la re0isin de la estructura 3a=o las di!erentes condiciones de la naturale$a% tales como el 0iento% el sismo% *uracanes% etc(a re0isin de estas condiciones se reali$a de acuerdo a las especi!icaciones del cdigo 0igente de la regin-
Acciones Cargas 7ínimas) De no ser aplica3le ning5n reglamento de construccin en la localidad de la o3ra% las cargas mencionadas anteriormente no ser2n menores >ue las especi!icadas por la Direccin de O3ras #53licas de dic*a localidad 'manual de o3ras ci0iles de la comisin !ederal de electricidad% NTC del RCDF% ASCE 7 G% etc-/-
C'% C7H#C#E% &E C'% CM = Carga 4uerta CV = Carga ;i0a 4edia CV m
=
Carga ;i0a 426ima
CV a
=
Carga ;i0a Instant2nea
V = Carga de ;iento S = Carga de Sismo
C'% C7H#C#E% &E C'% 7C 2:14 &'P) CM + CV CM + 0.75CV + 0.75V 0.6CM + 0.7 S
&(C') 1.2CM + 1.6CV 1.2CM + 1.6CV + 0.5 N 1.2CM + 0.5CV + 1.6V 1.2CM + CV + S + 0.2 N
C'% C7H#C#E% &E C'% 'C&( 1.4CM + 1.4CV m 1.5CM + 1.5CV m 1.1CM + 1.1CV a
± 1.1V x ± 0.3V y
1.1CM + 1.1CV a
± 1.1S x ± 0.3S y
0.9CM − 1.1( SóV )
CM + CV
&(C' I &'P continuaci=n presentaremos cu?ndo utiliBar &(C' A Cu?ndo utiliBar &'P) %uponiendo) CV CM
=
3
Cual+uier 7,todo
CV CM
>
3
7?s Econ=mico 7,todo &'P
CV CM
<
3
7?s Econ=mico 7,todo &(C'
&(C' I &'P Para el m,todo &'P Rn Ω
>
Ω
Rn Ω
Rn CM
>
>
φ Rn
CM + CV
sumiendo +u, Entonces
Rn
Para el m,todo &(C' CV CM
=
> 1.2CM + 1.6CV
3
CV = 3CM
CM + 3CM
φ Rn
> 1.2CM + (1.6 ) 3CM
4CM
φ Rn
>
= 4 Ω
4Ω
gualando tenemos) =
6 φ
Rn CM Ω=
6CM
=
6 4φ
6 φ =
3 2φ
&(C' I &'P
/ #@-HJ R @-GJ D ' / @-J R
[email protected] F D ' @-J r o @-J t c @-,J a F@-@J
φ
0.90
0.75
Ω
1.67
2.00
DFCR o DR#
DR# R C F D
@-JJ
,-JJ
-JJ C; C4
-JJ
.-JJ
-JJ
4ANUA( I4CA ,J@ Algunas de!iniciones: " &iseGo por (actores de Carga A 'esistencia &(C' (Load and Resistance Factor Design, LRFD). Método para determinar el tamaño de los componentes estructurales; de manera que la resistencia de diseño iguala o excede la resistencia requerida del componente, bao los e!ectos de las combinaciones de carga DF"R.
" &iseGo por 'esistencia Permisi>le DR# (#llo$able %trengt& Design, #%D). 4etodología para determinar el tamaKo de los componentes estructurales% en el cual la resistencia permisi3le o es!uer$o permisi3le es igual o ma&or >ue la resistencia re>uerida o es!uer$o re>uerido del elemento% considerando los e!ectos de las combinaciones de carga DR' (#%D).
" n?lisis de primer orden (Firstorder analsis). Diseño estructural que &ace caso omiso de los e!ectos de segundo orden & esta3lece las condiciones de e>uili3rio considerando la !orma no de!ormada de la estructura" n?lisis el?stico (*lastic #nalsis). #n+lisis estructural basado en el supuesto que la estructura regresa a su geometría original cuando se le >uita la carga" n?lisis estructural (%tructural analsis). *s el c+lculo de los e!ectos de carga sobre miembros & conexiones, basado en los principios de la mec+nica estructural.
" n?lisis inel?stico (nelastic analsis). "+lculos estructurales, incluendo el an+lisis pl+stico, >ue consideran el comportamiento inel2stico" n?lisis pl?stico ('lastic analsis). Método de diseño estructural basado en la suposici-n de un comportamiento pl2stico?rígido es decir% >ue el e>uili3rio se logra en toda la estructura con es!uer$os no ma&ores >ue el es!uer$o de !luencia F&" rriostramiento lateral (Lateral bracing). *lementos diagonales, muros de cortante, conectores u otros elementos diseKados para in*i3ir el pandeo lateral o el pandeo lateral torsional en miem3ros estructurales-
" rticulaci=n pl?stica ('lastic &inge). #cci-n de bisagra en un miembro estructural que ocurre cuando la solicitacin alcan$a la magnitud del momento pl+stico. %e supone que el miembro podría tener rotacin como si tu0iera 3isagra sal0o >ue el momento pl+stico lo restringe. " tiesador para carga concentrada (Fitted bearing sti!!ener). 'laca para rigidiar el alma de una 0iga >ue se coloca en su apo&o o donde se aplica una carga concentrada% >ue se a=usta asegurando su contacto con una o con las dos alas para transmitir carga por aplastamiento" Capacidad de rotaci=n (Rotation capacit). Incremento de la rotacin angular >ue puede soportar un determinado miem3ro antes de su!rir una prdida nota3le de resistencia% >ue se de!ine como la relacin entre la rotacin inel2stica alcan$ada & la rotacin terica al llegar a su límite el2stico" Carga de diseGo (Design load). Carga aplica3le en el diseKo o3tenida mediante la aplicacin de las com3inaciones de cargas correspondientes al mtodo de diseKo empleado% DiseKo por Factores de Carga & Resistencia DFCR '(RFD por sus siglas en ingls/ o Diseño por Resistencia 'ermisible DR' (#%D por sus siglas en inglés).
" Carga estipulada ( /ominal load ). 4agnitud de la carga re>uerida por las Normas de Construccin" Carga @icticia (/otional load). Carga *ipottica o 0irtual >ue se aplica durante el an2lisis estructural para tomar en cuenta los e!ectos desesta3ili$antes >ue no son considerados en el diseKo- (as cargas !icticias generan despla$amientos e>ui0alentes a las m26imas imper!ecciones toleradas en la estructura en el monta=e" Concentraci=n de es@uerBo (%tress concentration). Es!uer$o nota3lemente incrementado en una $ona reducida% producido por un cam3io 3rusco de geometría 'a5n en miem3ros de seccin constante con carga uni!orme/ o por ser el lugar de aplicacin de una carga. " Conector de cortante ( %teel anc&or). #erno con ca3e$a o per!il de canal >ue se suelda al componente compuesto% em3e3ido en el concreto para transmitir !uer$as de cortante o !le6in en la inter!a$ de los dos materiales-
" Conexi=n a momento o rígida (Moment connection). 0ni-n entre miembros, realiada de manera >ue la transmisin de momentos por !le6in es transmitida entre ellos" Conexi=n a momento parcialmente restringida o semirrígida ('artiall restrained momento conexi-n). Unin capa$ de transmitir momento de !le6in% en la >ue el cam3io en el 2ngulo entre los componentes es aprecia3le" Conexi=n rígida (Full restrained moment connection). Unin capa$ de restringir momento de manera >ue no permite ninguna rotacin aprecia3le entre los miem3ros conectados" Conexi=n simple (%imple connection). 0ni-n entre miembros con capacidad de transmisi-n de momento desprecia3le" Construcci=n restringida (Retrained construction). Son los elementos de piso & tec*o dentro de un edi!icio capaces de resistir los es!uer$os producidos por una considera3le e6pansin trmica de la temperatura ele1ada.
" Correctamente diseGado ('roperl de1eloped). Detallado en los di3u=os de ingeniería de las 3arras de acero de re!uer$o% de manera >ue alcancen a ceder de manera d5ctil al llegar a su estado límite de resistencia% antes de ocurrir el aplastamiento del concreto- El cumplimiento con lo dispuesto en las Normas Tcnicas Complementarias para el DiseKo & Construccin de Estructuras de Concreto del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal las normas de la A-C-I- es su!iciente prue3a de este re>uisito" E@ectos de longitud (Lengt& e!!ects). Fenmeno >ue o3liga a considerar la reduccin de la capacidad de carga de un elemento por ra$n de su longitud sin apo&o lateral" E@ectos de segundo orden (%econdorder e!!ect). Consecuencias de aplicar las cargas considerando la con!iguracin de!ormada de la estructura% inclu&endo los e!ectos de '2 '3. " E@ectos P8J ('3 e!!ect). Consecuencias de la carga en los nudos o uniones cuando se aplica so3re una estructura- Cuando se trata de estructuras de edi!icios de m2s de un piso% se trata de las consecuencias de la carga aplicada sobre los pisos tec&os desplaados lateralmente.
" E@ectos P8K '#?P e!!ect/- Consecuencias de la carga entre nudos o uniones cuando se aplica so3re miem3ros de!ormados-
" Esta>ilidad (%tabilit). Es la condicin >ue se logra cuando al aplicar cargas a un componente estructural% marco o estructura% un cam3io pe>ueKo de la carga o la geometría no produce de!ormaciones importantes" Estado límite (Limit state). Condicin en la >ue un elemento o estructura de=a de cumplir con la !uncin para la >ue se diseK llamado estado límite de ser0icio% o >ue lleg al punto de no tener la capacidad de soportar la carga re>uerida llamado estado límite de resistencia. " Estado límite de resistencia (%trengt& limit state). Es la condicin límite en la >ue se alcan$a la m26ima resistencia de la estructura o de alguno de sus componentes &% por consiguiente% se pierde la condicin de seguridad de una estructura" Estado límite de ser$icio (%ercicebilit limit state). Condicin en la >ue un elemento o estructura de=a de cumplir% en condiciones normales de uso% con los re>uisitos de apariencia% mantenimiento% dura3ilidad% comodidad% tran>uilidad de los usuarios o el correcto !uncionamiento de la ma>uinaria >ue soporta-
" (actor de resistencia (Resistance !actor, 4). 4ultiplicador >ue incrementa la resistencia nominal% para tomar en cuenta las ine0ita3les des0iaciones de la resistencia nominal de su 0erdadera magnitud & del mecanismo & consecuencias de la !alla" (actor de seguridad M (%a!et !actor, 5). 4ultiplicador >ue reduce la resistencia nominal para tomar en cuenta la 0ariacin de la resistencia real de la resistencia nominal% las cargas reales de las nominales% las incertidum3res del c2lculo de los e!ectos de las cargas los modos de !alla sus consecuencias" (atiga (Fatigue). Estado límite del inicio & crecimiento de una grieta% como resultado de repetidas aplicaciones de carga 0i0a" (luencia local (Local ielding /- De!ormacin inel2stica por !luencia >ue ocurre en un 2rea local de un elemento" (luencia por penetraci=n (%&ear ielding punc&ing). Se re!iere al estado limite de !luencia por cortante en el sentido trans0ersal de la cara de una cuerda a la >ue conecta un miem3ro de la celosía en cone6iones de per!il tu3ular estructural OR o per!il OC" (luencia momento pl?stico (6ielding, plastic moment). Fluencia en la seccin trans0ersal de un miem3ro cuando el momento !le6ionante alcan$a el momento pl+stico.
" nesta>ilidad (nstabiltit). Estado límite >ue se o3tiene al aplicar una carga a un componente% marco o sistema estructural en el >ue una pe>ueKa alteracin en las cargas o la geometría produce grandes de!ormaciones" 7,todo de an?lisis directo (Direct analsis met&od). 4todo de c2lculo de esta3ilidad >ue considera los e!ectos de los es!uer$os residuales & el desplome inicial de los marcos% reduciendo la rigide$ & aplicando cargas nocionales en un an2lisis de segundo orden" 7=dulo de secci=n e@ecti$o (*!!ecti1e section modulus). 4dulo de seccin reducida para tomar en cuenta el pandeo de elementos es3eltos en compresin-
4ANUA( I4CA ,J@ Apndice @: DiseKo por An2lisis Inel2stico Apndice ,: DiseKo por Cargas de Enc*arcamiento Apndice : DiseKo por Fatiga Apndice : DiseKo Estructural para condiciones de Incendios Apndice .: E0aluacin de Estructuras e6istentes Apndice : Arriostramiento esta3le para columnas & ;igas Apndice G: 4todos Alternati0os de DiseKo por Esta3ilidad Apndice H: An2lisis apro6imado de segundo Orden
4ANUA( I4CA ,J@ Capítulo A: Disposiciones Lenerales Capítulo B: Re>uisitos de DiseKo Capítulo C: DiseKo por Esta3ilidad Capítulo D: DiseKo de miem3ros en Tensin Capítulo E: DiseKo de miem3ros en Compresin Capítulo F: DiseKo de miem3ros en Fle6in Capítulo L: DiseKo de miem3ros a Cortante Capítulo 1: DiseKo de miem3ros en !uer$as Com3inadas & Torsin Capítulo I: DiseKo de miem3ros Compuestos Capítulo uisitos mínimos en el Control & el aseguramiento de la Calidad-
Normati0idad (os Cdigos de DiseKo Estructural usados en 46ico Son:
'C F &( F 2::4 Reglamento de construcciones para el D-F#TC F 2::4 Normas Tcnicas Complementarias para el DiseKo & Construccin de Estructuras 4et2licas7C 2:14 Instituto 4e6icano de la Construccin en AceroC(E F 2::D 4anual de DiseKo de O3ras Ci0iles ';iento & Sismo/#7 Norma O!icial 4e6icana de la D-L-N- 'Direccin Lener al de Normas/#7N Norma 4e6icana%T7 American Societ& o! Testing and 4aterials-
Normati0idad (os Cdigos de DiseKo Estructural empleados en E-U-A- son: American National o! Speci!ication Institute O#%; 'a0ala la calidad de los reglamentos/ American Societ& o! Ci0il Engineers O%CE;. American Societ& o! Test and 4aterials O%T7;. American o! elded Societ& O%89!;. Conse=o de In0estigaciones so3re cone6iones estructurales% surgi despus del sismo de Nortic* Cali!orniaEspeci!icaciones para DiseKo por Factores de Carga & Resistencia de Uniones Estructurales con Tornillos %T7 325 = 49: en @HHEspeci!icaciones para DiseKo por Factores de Carga & Resistencia de 4iem3ros de Acero Formados en Frío @% American Institute o! Steel And Iron O%;. Cdigo de pr2cticas generales para edi!icios de Acero & #uentes- American Institute o! Steel Construction O%C;. MUBC?G Uni!orm Building Code?- Es un reglamento >ue se utili$a en toda la unin americana% tomando en cuenta todo tipo de estructuras & regula las solicitaciones-
