Curso de Naves Industriales Metálicas

Diseño Estructural de Naves Industriales Metálicas

Instructor: Ing. Gerardo Chacón Rojas Octubre-Noviembre 2014 Patrocina:

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas

Capítulo 1: Aspectos Generales sobre las naves industriales metálicas.

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Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas.

1. Descripción General: Se entiende como nave industrial una edificación que en general está pensada para obtener el cerramiento de la mayor área posible. Es usual que no sean de gran altura entre 4m a 30m aproximadamente, pero cubran dimensiones horizontales considerables. Por otra parte tienden a ser de pocos niveles (1 a 3) y en muchos casos los niveles secundarios son parciales o se hacen con mezanines.

Las estructuras pueden ser desarrolladas en concreto o acero. Este curso está orientado a la estructuras de acero. Cuando se trata de la estructura de acero es muy común que tanto la estructura primaria como el cerramiento sean en metal. Por ejemplo cerramientos en lámina de acero corrugada.

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas Es por esta característica, de aprovechar áreas grandes es que se hace muy atractivo para el sector industrial. Pero también tiene muchos usos para edificios, comerciales y centros de reunión como cines, gimnasios e Iglesias.

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Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas Las edificaciones también pueden combinarse con cerramientos distintos a los cerramientos en lámina metálica que les da flexibilidad arquitectónica. Por ejemplo: -Cerramiento en láminas de fibrocemento o muro seco.

-Cerramiento en muros de mampostería

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-Cerramiento en paredes de concreto prefabricados,” til ups”.

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Otros

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Las edificaciones tienen sus propios requisitos de arquitectura y estructuración de acuerdo a las características de cada caso.

Requisitos de edificio de mucha esbeltez (p.e. plantas siderúrgicas, carboneras, que requieren altos hornos)

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Edificios para turbinas

Centros de acopio, almacenajes y distribución, requieren de espacio y usualmente grúas viajeras

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Hangares: Cuidado con el diseño de las compuertas!

2. Alcance del curso y las estructuras a estudiar. Aunque no existe límite de altura o dimensiones para este tipo de estructuras, los alcances de los métodos para diseñar por viento y sismo si los tienen. Dependiendo de la altura de las estructuras y las proporciones de altura y dimensiones horizontales, los métodos pueden ser diferentes. Las estructuras que analizarán en este curso serán inferiores a 18 m de altura y esta no podrá exceder la menor de las dimensiones horizontales. Esto para cumplir con las limitaciones de los métodos de determinación de carga sísmica y de viento que se estudiarán

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas 3. Estructuración de naves de industriales La estructuración de este tipo de edificaciones es similar en la mayoría de los casos, sin embargo puede tener variaciones en cuanto a estrategia de uso de materiales y elementos estructurales dependiendo de la cultura constructiva de cada zona o país.

La figura muestra en general la estructura típica para este tipo de edificios Estructura Primaria Sentido Transversal X-X Marcos rígidos internos: Marcos encargados de tomar las cargas gravitacionales y las laterales en el sentido X-X. Son marcos que cubren grandes luces y sueles tener alma variable para ajustarse más a la demanda de fuerzas internas, en Costa Rica se le conocen como secciones acarteladas.

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Marcos de secciones de I armadas acarteladas

Marcos de secciones de I de molino acarteladas

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas Los marcos rígidos también pueden ser en estructuras tipos celosía, en especial cuando las luces que se tienen que cubrir son grandes.

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Marcos rígidos laterales (o marcos de carga): Su función es similar a la de los marcos rígidos, solo que se apoyan a su vez de las columnas laterales usadas para el cerramiento. En muchos casos se puedes usar apoyos simples en todas las conexiones y utilizar un sistema de cerramiento como estructura para la estabilidad lateral.

Sentido Y-Y En este sentido se suele usar un sistema de ariostramiento lateral. Su única función es tomar las cargas laterales en el sentido Y-Y. Se utiliza sistemas de arriostramiento. Estos pueden ser: Tensión compresión (T/C): Estos son sistemas de riostras que pueden trabajar en compresión como en tensión. Usualmente se usan tubos, angulares dobles u otros perfiles. Las conexiones usualmente son en X , V o V invertida. Tensión sola (T/O): estos son sistemas de arrostramientos que solo son capaces de tomar cargas en tensión, por ejemplo cables, angulares y placas de acero. Estos se permiten solamente en secciones en X

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Sistema de marcos: Es también muy usado un sistema de marcos en el sentido longitudinal. En este caso la rigidez de la viga juega un papel importante para controlar las deflexiones del marco, dado que la orientación de las columnas se encuentran todas en el sentido débil.

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Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas Condiciones de carga a la que se ve sometido el sistema de carga primario. Sistema de marcos transversales (SMT)

Cargas Gravitacionales

Diagrama de momento de cargas gravitacionales

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Cargas de Viento Sobre las estructuras

Diagrama de momento de viento

Cargas sísmicas sobre la estructura

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Diagrama de momento ante cargas sísmicas

Efecto longitudinal

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas Arriostramiento en tensión (Tension-Only):

Arriostramiento en tensión (Tension-Compresión):

Sistema a base de marcos

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas Combinaciones de sistemas estructurales

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas Conexión a la base Lo usual en este tipo de estructuras es usar bases articuladas. Tal y como se muestra en la figura, sin embargo es posible usar conexiones empotradas. La decisión depende del diseñador. Bases empotradas por la general transfieren más carga a la fundación y pueden tener como consecuencias fundaciones más grandes. Sin embargo son útiles para el control de los desplazamientos laterales del marco. Bases articulas transfieren menos cargas a las fundaciones. Se recomiendas en especial si se utilizan losas continuas como fundaciones.

Conexiones de Momento

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Conexión tipo articulación

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas Estructura Secundaria Son todos aquellos miembros estructurales encargadas de transferir las cargas al sistema primario: 1) Diafragma de techo Transfiera gran parte de las cargas gravitacionales los clavadores de techo al estructura primaria. Además tomas las cargas laterales en su plano y las transfiere en conjunto con los clavadores al sistema primario.

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Como la lámina de techo se conecta a la clavadores es importante de considerar y tiene efectos en las consideraciones de diseño.

Sistemas atornillados a la estructura (Through-fastened roof TFR): El sistema usa tronillos que sujetan al resto de la estructura, clavadores y pernos que se utiliza para atornillar entre ellos.

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Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas Techos tipo “Standing Seam” (SSR): Son techos que se restringen contra los desplazamientos verticales (incluidos la succión), pero pueden desplazarse en el sentido longitudinal. Generalmente proveen valor arquitectónico y son menos susceptibles a infiltraciones.

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Cerramiento para paredes Las láminas que se usan para techo se pueden utilizar en paredes con algunas adaptaciones en caso de requerirse. Además del uso de láminas de fibrocemento, mampostería, “tilt ups” entre otros

Combinación de siding y lámina en un proyecto

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas Efectos de la temperatura y juntas de expansión: A pesar que las estructuras industriales de acero se construyen con materiales livianos, se requieren juntas de expansión en las estructuras de techos para distancias horizontales muy grandes. Una referencia que se puede utilizar con muy buena información sobre juntas de expansión es el Reporte No. 65 del Federal Construction Council “Expansion Joints in Buildings”, 1974. La figura a continuación es tomada de esta referencia.

Esta curva es aplicable a edificios “beam & column construction”, articulados en la base, y con interiores calentados (sistemas de calefacción). En otras condiciones considerar: 1) Si el edificio tiene aire acondicionado y también sistema de calefacción , aumento la longitud indicada en 15% (si el sistema de climatización funciona continuamente) 2) Si el edificio no tiene calefacción, puede reducir la longitud en un 33%. 3) Si las columnas son empotradas reduzca la longitud en un 15%

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas 4) Si el edificio tiene una sustancial mayor rigidez en una de las direcciones se puede reducir en 25%

Cuando uno o más de estos requisitos actúen de manera simultánea se puede usar la suma algebraica de los porcentajes indicados. Usualmente junta se hace en el techo. Algunos Detallas de juntas de expansión recomendado s por la Guía 7 del AISC, se muestran a continuación.

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Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas Detalles típicos

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2) Clavadores de Techo y Pared Usualmente son distinguidos como Purlins, para clavadores de techo y girts para calvadores de pared. En usos normales generalmente se utilizan miembros estructurales de pared delagada o laminados en frío (Cold form). Los más usuales son los canales y los Z.

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Modelación estructural de C Los perfiles en C, se pueden modelar en general como vigas simplemente apoyadas

Los perfiles en Z, se pueden modelar como elementos continuos dado que se puede traslapar y en la zona de traslape duplicar su inercia.

Algunos otros aspectos, que se toman en cuenta del Design Guide 7 del ASIC. 1. Las secciones en Z son más fáciles para transportar porque se pueden estibar una sobre otra. 2. Z se pueden cargar en su centro de corte, C no 3. En pendientes apropiadas Z tendrán un solo eje principal. C solo podrían alcanzar esto en techos planos. 4. Utilizar pernos para traslapes C y Z puede resultar caro si se compara con solo usar soldadura. 5. Suelen ser eficientes para luces menores que 9m. Mayor que este considerar secciones de molina u otros sistema (por ejemplo sistemas tipo Joist)

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Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas Materiales de Apoyo para el diseño de Naves industriales Manual de Sistemas de Edificios Metálicos de la MBMA 2012: Para determinación de cargas sobre la estructura

Manual de Diseño Sísmico de Sistemas de Edificios Metálicos de la MBMA 2008: para cargas sísmicas

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Guía de Diseño del AISC número 25: para secciones de alma variable, para diseño de los miembros estructurales

Guía de Diseño del AISC número 7: Aspectos Generales de diseño de estructuras para fines industriales, elementos primarios, placas de asiento, clavadores.

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas Aspectos clave del diseño estructural de Naves Industriales

En la figura se muestran todos los casos más típicos de cargas que deben ser considerados en edificaciones tipo nave industrial.

Cargas Verticales Peso propio: Cuando sea posible los pesos de los materiales y equipos a utilizar debe ser confirmado por el fabricante. La tabla que se muestra a continuación se puede utilizar para pesos típicos de materiales usados en techos, para prediseños. El peso propio de un marco de acero se puede estimar en 20 a 40 kg/m2, expresado en términos del área del edificio.

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas Materiales Lámina de techo de acero Techo de lámina de aluminio Insulación (láminas de 25 mm de esp) Techo tipo bandeja (0.4mm-0.7mm esp) Panels Compuesto (40mm-100 mm esp) Purlins (Clavadores) Láminas para decking o entrepisos Acabado asfáltico Pizarra Teja de arcilla concreto Entablillado en madera

Peso (kg/m2) 7-20 4 7 4-7 10-15 3 20 29 40-50 60-80 10

Adicionalmente a estas cargas puede existir cargas sobreimpuestas sobre en la estructura producto de equipamiento adicionales. Es común denominarlas como cargas colaterales, la MBMA2012 las reconoce como tal y las enumera de la siguiente manera. Material Cielos Suspendido de baldosas acústicas de fibra Suspendido lamina de Gypsum de 12mm Suspendido lámina de Gypsum de 16mm Insulación Fibra de Vidrio Plástico Celular, por plg de insulación Ductos de HVAC, Oficina/Comercial Iluminación Aspersores Secos De agua

Peso (kg/m2) 5 10 15 Despreciable 1 5 0,5 a 5 7,5 15

Carga Viva: El código sísmico recomienda para carga viva un valor de 40 kg/m2 para techo. Carga Collateral: Es constumbre clasificar este tipo de carga por aparte. Es carga muerta y se refiere a equipamiento fijado a la estructura, como aspersores, aire acondicionado, etc. (entre 1 psf y 3 psf, por lo general)

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas Cargas Laterales. Cargas Nocionales producto de imperfecciones geométricas, como se muestran en el capítulo C del AISC360-10.

Donde: = 1.0 (LRFD); =1,6 (ASD) Ni=carga nocional aplicada sobre el nivel i Yi=Carga gravitacional sobre el nivel i de la combinación LRFD o ASD según se aplique. Cargas por eventos de Diseño Sismo: Para el diseño símico se utilizará el Código Sísmico de Costa Rica 2010. Los métodos de diseño sísmoresistente no solo contemplan la determinación de las cargas laterales, sino además requiere de cuidados en el detallado y la estructuración que permita que la estructura tenga un comportamiento dúctil y permita disipar la energía introducida por el movimiento del terreno.

Viento: El reglamento de Construcciones la única referencia que tiene Costa Rica para el diseño por viento. Sin embargo existen metodologías más actualizadas para este cálculo. Las más utilizada en USA y el Caribe es la ASCE7-10.

Efectos de segundo orden e imperfecciones. La AISC 2010, presta especial importancia a estos efectos que tienen como resultados el aumento de los desplazamientos laterales y por ende los momentos de la estructuras. Aspectos como la no verticalidad de los miembros estructurales, la no linealidad de la rigidez de la estructura y los efectos P-, deben ser valorados en los procesos de diseño. Para esto el capítulo C del AISC2010 establece metodologías, las cuales se ilustran y se comentan en la guía de diseño No. 28.

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas Condiciones de Servicio Se refieren a las condiciones regidas por deformaciones excesivas que pueden resultar en problemas de apariencia, funcionalidad y daños de elementos no estructurales. No necesariamente se refieren a problemas de estabilidad dado que para esto de realiza un análisis PDelta. Los códigos y especificaciones no siempre dan criterios para limitar estas deformaciones, es una práctica en USA que se maneje por medio de los contratos. Sin embargo Apéndice del ASCE 7-10 resume los siguientes criterios para la revisión de la Deflexiones, vibración y derivas    

Diseño para deformaciones a largo tiempo Contraflechas Expansion y Contracción Durabilidad

Cargas en Techos (MBMA2012 e IBC2012)

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Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas Derivas de piso

Para carga sísmica: El criterio usado es el del CSCR2010 sección 7.6 En este capítulo se utilizan como criterio las derivas inelásticas, las cuales están definidas como:

Donde: Deriva inelástica o desplazamiento inelástico relativo horizontal en el nivel i y el nivel adyacente inferior. U=ductilidad global asignada en el cálculo de las fuerzas según la tabla 4.3 SR=factor de sobre resistencia deriva elástica entre el nivel i el nivel adyacente inferior respectivamente, calculados conforme a las indicaciones del artículo 7.4 o del artículo 7.5, según correspoda. Los desplazamientos inelásticos se definen en el mismo capítulo del CSCR2010 como

Α= 1 para estructuras de 1 piso por los que para este tipo de estructuras

Limites: Tabla 7.2 CSCR Límite i/Hi según categoría del edificio

Sistema estructural (según artículo 4.2) Tipo marco Tipo dual Tipo muro Tipo voladizo Tipo otros

Edificaciones A y C (limitación especial según artículo 4.1) 0,0125 0,0125 0,0100 0,0125 0,0065

Edificaciones B,D y E (limitación especial según artículo 4.2) 0,020 0,018 0,010 0,020 0,010

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas La nota g indica En marcos industriales de un solo nivel, con entresuelo (mezzanine) o si él, de menos de 15m de altura máxima y con cargas permanentes de techo que no excedan 75 kg/m2,se pueden incrementar los límites superiores de las razones de deriva inelástica hasta un 50% sin necesidad de cumplir los requisitos del inciso b del mismo artículo. Cargas de Viento Para cargas de viento el comentario del Apéndice del ASCE7 indica que una deriva de H/400 a H/600 es común en la práctica de este tipo estructuras. Incluso indica que un valor absoluto de 10mm se puede usar para no causar daños en los elementos no estructurales. Si los acabados se diseñan para acomodarse a las deformaciones de la estructura entonces es posible bajar estos valores.

Otros criterios (tomado de la MBMA2012)

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Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas Aspectos tomar en cuenta en el diseño conceptual: El diseño no solo debe ir orientado a la parte estructural sino debe ser integrar y cumplir con la terna de Economía-Seguridad-Funcionalidad. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.

Optimización del Espacio Velocidad de Construcción Acceso y Seguridad Flexibilidad de uso Desempeño Ambiental Estandarización de Componentes Abastecimiento de la parte de infraestructura. Topografía Estética e Impacto Visual Desempeño Térmico Aislamiento Acústico Aislamiento Climático y climatización. Seguridad contra incendios y propagación. Vida útil-Posibilidades de Expansiones Consideraciones de Sostenibilidad Fin de ciclo y reutilización. Integración de servicios, por ejemplo accesos de vehículos, mantenimiento, abastecimiento de insumos, etc.

La prefabricación, la facilidad de izaje y ensamblaje de estas estructuras es lo que las hace competitivas si el diseño no se orienta a estas características se corre el riesgo de diseñar estructuras con poca “constructividad”.

Por otro lado las oficinas de diseño debe tener la capacidad de respuesta rápida para el diseño, lo que obliga a la utilización de software de análisis y diseño. La estandarización de los procesos y los detalles son herramientas muy útiles para el diseño de este tipo de estructuras, sin embargo se corre el riesgo de maquilar la ingeniería y se puede perder los criterios de sana práctica del diseño.

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CAPITULO 2 EFECTO DEL VIENTO SOBRE LAS ESTRUCTURAS Método de cálculo según la ASCE7-10/MBMA2012

Para efectos de este curso se ha escogido al ASCE7-10 como especificación base para el diseño por viento. Sin embargo esta especificación es compleja y ofrece varios métodos para la determinación de las cargas por viento a. El método de direccionalidad para MWFRS (sistema primario, marcos y riostras) Capítulo 26: Edificios de todo tipo de altura, abiertos cerrados y parcialmente abiertos. Parte 1: aplicable a edificios de todas alturas donde es necesario separar las cargas de viento en barlovento, sotavento y paredes laterales del edificio para determinar apropiadamente las fuerzas internas de los miembros estructurales del MWFRS Parte 2: Aplica a una clase especial de edificios designados como cerrados con diafragma simple como de define en la sección 26.2 del ASCE7-10 con alturas h ≤ 160 ft (48,8 m) aplicable para todas alturas y todas las condiciones de cerramiento

b. El método de la envolvente para MWFRS (sistema primario, marcos y riostras) Capítulo 28: Edificios definidos como Low rise Parte 1: aplica a todo tipo de edificios definido como low rise alturas donde es necesario separar las cargas de viento en barlovento, sotavento y paredes laterales del edificio para determinar apropiadamente las fuerzas internas de los miembros estructurales del MWFRS Parte 2: Aplica a una clase especial de edificios low rise designados como cerrados con diafragma simple como de define en la sección 26.2 del ASCE7-10 con alturas h ≤ 160 ft (48,8 m) Definición de Low Rise de acuerdo al ASCE7-10 26.2 1. Altura media h menor o igual a 18 m 2. Altura media no debe exceder la menor de las dimensiones horizontales.

c. Método para estructuras diferente de edificios Capítulo 29

d. Método para elementos secundarios (components and cladding) Capitulo 30. El cual se divide en 6 partes para diferentes casos de altura y condiciones a cerramiento de las estructuras

Para efectos de este curso se utilizará el método de la envolvente para los elementos primarios y el del capítulo 30 para los secundarios. Además se utilizará la guía de la MBMA2012, la cual simplifica el método de la ASCE7 para hacerla más aplicable a edificaciones tipo naves industriales.

DEAN TROPICAL METÁLICO S.A.

Efecto del viento sobre las estructuras Dirección del viento Presión Básica q

Presiones externas

barlovento

Presiones externas

sotavento

Efecto del viento sobre las estructura

Efecto del viento sobre las estructura

Efecto del viento sobre las estructura La presión de viento queda definida según el ASCE7-05 como:

qh= 0.00256KzKztKdV2 (lb/ft2) qh= 0.613KzKztKdV2 (N/m2)

(SI)

donde: Kz: coef. de velocidad que depende de la altura y la exposición Kzt: coef, que depende de la topografía Kd: factor de direccionalidad V: Velocidad en la zona de diseño

Diseño estructural por viento q= 0.00256KzKztKdV2 (lb/ft2) •

V= Velocidad de diseño. Basada en mapas y estudios. La velocidad de diseño incluye el concepto categoría al cual está asociada la importancia. Sacando esta ecuación esta se puede reescribir como:

q= 0.00256KzKztKdV2 I (lb/ft2) •

Esta ecuación se puede usar para el caso en donde los mapas de velocidades de viento no estén recopilados con el factor de importancia

Diseño estructural por viento •

I= Importancia. En función del uso que tendrá la estructura. – – – –

Categoría I: Edificios que representan baja amenaza a al vida humana (ej. graneros) Categoría II: Las no incluidas en Categorías I, III, IV Categoría III: Representan gran riesgo a la vida humana. (ej. Más de 300 personas). Categoría IV: Facilidades esenciales. (ej. Hospitales)

Diseño estructural por viento q= 0.00256KzKztKdV2I (lb/ft2) 

I= Importancia.

Diseño estructural por viento q= 0.00256KzKztKdV2I (lb/ft2)

Velocidad de viento es medida tomando en cuenta una efecto de ráfaga de 3 segundos (m/s) medido a 33 ft (10m). Corresponden a 3% de probabilidad de excedencia en 50 años

Diseño estructural por viento Cabe diferenciar de otros códigos el efecto de ráfaga de 3 sec. Esta es la ráfaga del viento de una duración de 3 segundos Diferenciando del “FastesMile”, la duración de la ráfaga es el tiempo que toma una columna de aire recorrer una milla

Durst, presente este estudio en ASC7-95, relacionando velocidad contra tiempo de duración relacionadas con la velocidad promedio del viento en una hora

Efecto del viento sobre las estructuras q= 0.00256KzKztKdV2I (lb/ft2) •

Coeficiente Kz: – En función de la altura con respecto al nivel del suelo y, – Depende de la exposición. Tres categorías. • Exposición B: Áreas urbanas y sub urbanas, con muchas obstrucciones del tamaño de casas. • Exposición C: Terrenos abiertos con pocas obstrucciones con alturas menores a los 10 m. • Exposición D: Áreas planas y sin obstrucciones fuera de áreas propensas de huracanes.

Efecto del viento sobre las estructuras • Coeficiente Kz:

Diseño estructural por viento •

q= 0.00256KzKztKdV2 I (lb/ft2)

Kzt: factor topográfico – Depende de la topografía y las condiciones del terreno.

Diseño estructural por viento Factor topográfico: Hill, Ridge, or Escarpment

Se puede incluir un factor de reducción debido al la dirección que tiene la velocidad del viento en lomas, acantilados o terrenos. Estas se pueden incluir cuando se cumplan todas las siguientes condiciones 1.

2. 3. 4. 5.

La loma está aislada y sin obstrucciones al viento que sube por ninguna forma topográfica de similar altura por 100 veces la altura o 2 millas (3,22 km), la que sea menor. Esta distancia se debe medir horizontalmente desde el punto en que la altura H de la loma es determinado. La loma tiene una sobresale 2 veces o más que cualquier otra loma en un radio de 2 millas. La estructura esta ubicada en la mitad superior de la loma. 𝐻 𝐿ℎ ≥ 0,2 𝐻 ≥ 15ft (4,5) para exposición C y D y 60 ft (18m) para exposición B

Diseño estructural por viento q= 0.00256KzKztKdV2 I (lb/ft2)

•

Kd: factor de direccionalidad – Kd = 0.85 Para MWFRS y C&C

Efecto del viento sobre las estructuras •

Presiones internas: – Edificios abiertos. Todas las paredes abiertas al menos 80% 𝐴𝑜 ≥ 0,8𝐴𝑔 donde: 𝐴𝑜 = área total de aberturas en la pared que recibe la presión externa positiva in ft2 o m2 𝐴𝑔 =área gruesa de pared en donde 𝐴𝑜 es identificada – Edificios cerrados. No son abiertos ni parcialmente cerrados

- Edificios parcialmente cerrados.

𝐴𝑜𝑖 = la suma de todas las áreas de aberturas en el cerramiento (techo y pared) del edificio que no incluyen 𝐴𝑜 𝐴𝑔𝑖 = la suma de todas las áreas gruesas en el cerramiento (techo y pared) del edificio que no incluyen 𝐴𝑔

Tablas para estimación de qh MBMA 2012 La tabla de 1.3.4.1 es una tabla que resume los valores de qh para un Kzt de 1,0, diferentes velocidades de viento, diferentes alturas factores de exposición.

q= 0.00256Kz(1,0)(0,85)V2 (lb/ft2) 𝐾𝑧 = 2,01 ℎ 1200

2 7

𝐾𝑧 = 2,01 ℎ 900

2 9,5

𝐾𝑧 = 2,01 ℎ 900

2 11,5

Para exposición B con ℎ ≥ 30 Para exposición C con ℎ ≥ 15 Para exposición D con ℎ ≥ 15

h= altura media sobre el suelo. La altura a del alero (eave height) puede ser sustituida para techos menores de 10º . Para techos de una agua menores de una se puede sustituir por la menor altura de alero para el mismo ángulo.

Metal Building Systems Manual Table 1.3.4.1 Velocity Pressure (qh) in pounds per square foot (psf) (a) Exposure B Mean or Eave Roof Height, h (ft) 0-30 35 40 45 50 55 60

Basic Wind Speed, V (mph) 100 15.2 15.9 16.6 17.1 17.6 18.1 18.6

110 18.4 19.3 20.0 20.7 21.3 21.9 22.5

120 22.0 22.9 23.8 24.6 25.4 26.1 26.8

130 25.8 26.9 28.0 28.9 29.8 30.6 31.4

140 29.9 31.2 32.4 33.5 34.6 35.5 36.4

150 34.3 35.8 37.2 38.5 39.7 40.8 41.8

160 39.0 40.8 42.4 43.8 45.2 46.4 47.6

170 44.1 46.0 47.8 49.5 51.0 52.4 53.7

180 49.4 51.6 53.6 55.5 57.2 58.7 60.2

190 55.0 57.5 59.7 61.8 63.7 65.4 67.1

200 61.0 63.7 66.2 68.5 70.6 72.5 74.3

180 59.8 63.6 66.6 69.3 71.5 73.6 75.4 77.1 78.7 80.1

190 66.7 70.8 74.3 77.2 79.7 82.0 84.0 85.9 87.7 89.3

200 73.9 78.5 82.3 85.5 88.3 90.8 93.1 95.2 97.1 98.9

180 72.6 76.4 79.4 81.9 84.2 86.1 87.9 89.6 91.0 92.4

190 80.9 85.1 88.4 91.3 93.8 96.0 98.0 99.8 101.4 103.0

200 89.7 94.3 98.0 101.2 103.9 106.3 108.6 110.6 112.4 114.1

(b) Exposure C Mean or Eave Roof Height, h (ft) 0-15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Basic Wind Speed, V (mph) 100 18.5 19.6 20.6 21.4 22.1 22.7 23.3 23.8 24.3 24.7

110 22.4 23.7 24.9 25.9 26.7 27.5 28.2 28.8 29.4 29.9

120 26.6 28.3 29.6 30.8 31.8 32.7 33.5 34.3 35.0 35.6

130 31.2 33.2 34.8 36.1 37.3 38.4 39.3 40.2 41.0 41.8

140 36.2 38.5 40.3 41.9 43.3 44.5 45.6 46.6 47.6 48.5

150 41.6 44.2 46.3 48.1 49.7 51.1 52.4 53.6 54.6 55.6

160 47.3 50.2 52.7 54.7 56.5 58.1 59.6 60.9 62.2 63.3

170 53.4 56.7 59.4 61.8 63.8 65.6 67.3 68.8 70.2 71.5

(c) Exposure D Mean or Eave Roof Height, h (ft) 0-15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Basic Wind Speed, V (mph) 100 22.4 23.6 24.5 25.3 26.0 26.6 27.1 27.6 28.1 28.5

110 27.1 28.5 29.6 30.6 31.4 32.2 32.8 33.4 34.0 34.5

120 32.3 33.9 35.3 36.4 37.4 38.3 39.1 39.8 40.5 41.1

130 37.9 39.8 41.4 42.7 43.9 44.9 45.9 46.7 47.5 48.2

140 43.9 46.2 48.0 49.6 50.9 52.1 53.2 54.2 55.1 55.9

14

150 50.4 53.0 55.1 56.9 58.4 59.8 61.1 62.2 63.2 64.2

160 57.4 60.3 62.7 64.7 66.5 68.1 69.5 70.8 71.9 73.0

170 64.8 68.1 70.8 73.1 75.1 76.8 78.4 79.9 81.2 82.5

Diseño estructual por viento

Edificio abierto

Diseño estructual por viento

Parcialmente cerrado

Diseño estructual por viento

Cerrado

Efecto del viento sobre las estructuras • Presiones Internas:

EFECTO DEL VIENTO SOBRE LAS ESTRUCTURAS Láminas y elementos secundarios

Efecto del viento sobre las estructuras Elementos de secundarios: Clavadores y Láminas La presión del viento sobre los elementos secundarios se puede reescribir como:

p= qh[(GCP)-(GCPi)] (lb/ft2) (N/m2) donde: p= presión total sobre el elemento Gcp= Factor de forma externa figuras 30.4-1 a 30.4-6, ASCE7-10* Gcpi= factor de presion interna tabla 26.11-1, ASCE7-10 qh= presión básica *como método alterno la MBMA2012 provee ecuaciones que combinan los coeficientes de presion interna y externa (GCp-Gcpi). Tablas 1.3.4.6(a) a 1.3.4.6 (h)

EFECTO DEL VIENTO SOBRE LAS ESTRUCTURAS Presiones externas: Elementos secundadrios

Metal Building Systems Manual

5 5

a

4 

4

a

5 5 

a

a

Table 1.3.4.6(a): Wall Coefficient Equations [(GCp) - (GCpi)] (ASCE 7-10, Fig. 30.4-1 w/ Internal Pressure Included) Wall Coefficients (GCp - GCpi) Outward Pressure for Components and Cladding Zone Corner (5)

Interior (4)

Eff. Wind Load Area A (ft2) A ≤ 10 10 < A < 500 A ≥ 500 A ≤ 10 10 < A < 500 A ≥ 500

Enclosed Buildings −1.58 +0.353 Log A −1.93 −0.98 −1.28 +0.176 Log A −1.46 −0.98

Partially Enclosed Buildings −1.95 +0.353 Log A −2.30 −1.35 −1.65 +0.176 Log A −1.83 −1.35

Wall Coefficients (GCp - GCpi) Inward Pressure for Components and Cladding Eff. Wind Load Area A (ft2) A ≤ 10 10 < A < 500 A ≥ 500

Zone All Zones

Enclosed Buildings +1.18 −0.176 Log A +1.36 +0.88

Partially Enclosed Buildings +1.55 −0.176 Log A +1.73 +1.25

Wall Coefficient Equations [(GCp) - (GCpi)] (ASCE 7-10, Fig. 30.4-1w/ Internal Pressure Included) w/ 10% Reduction in GCp if θ ≤ 10° Wall Coefficients (GCp - GCpi) Outward Pressure for Components and Cladding Zone Corner (5)

Interior (4)

Eff. Wind Load Area A (ft2) A ≤ 10 10 < A < 500 A ≥ 500 A ≤ 10 10 < A < 500 A ≥ 500

Enclosed Buildings −1.44 +0.318 Log A −1.76 −0.90 −1.17 +0.159 Log A −1.33 −0.90

Partially Enclosed Buildings −1.81 +0.318 Log A −2.13 −1.27 −1.54 +0.159 Log A −1.70 −1.27

Wall Coefficients (GCp - GCpi) Inward Pressure for Components and Cladding Zone All Zones

Eff. Wind Load Area A (ft2) A ≤ 10 10 < A < 500 A ≥ 500

Enclosed Buildings +1.08 −0.159 Log A +1.24 +0.81

33

Partially Enclosed Buildings +1.45 −0.159 Log A +1.61 +1.18

Metal Building Systems Manual  

3 

2 

2 

3 

1 

a

1 

2 

2 

2 

3 1 

2

a 2 

2

a

a  3 

2

1 

3

2 

2 

3  2

3

a

3 

a 

Table 1.3.4.6(b): Roof and Overhang Coefficient Equations [(GCp) - (GCpi)] Gable Roofs, 0° ≤ θ ≤ 7° (ASCE 7-10, Fig. 30.4-2A w/ Internal Pressure Included) Roof Coefficients (GCp - GCpi) Uplift for Components and Cladding Zone Corner (3)

Edge (2)

Interior (1)

Eff. Wind Load Area A (ft2) A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100 A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100 A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100

Enclosed Buildings −2.98 +1.70 Log A −4.68 −1.28 −1.98 +0.70 Log A −2.68 −1.28 −1.18 +0.10 Log A −1.28 −1.08

Partially Enclosed Buildings −3.35 +1.70 Log A −5.05 −1.65 −2.35 +0.70 Log A −3.05 −1.65 −1.55 +0.10 Log A −1.65 −1.45

Roof Coefficients (GCp - GCpi) Downward Pressure for Components and Cladding Zone All Zones

Eff. Wind Load Area A (ft2) A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100

Enclosed Buildings +0.48 −0.10 Log A +0.58 +0.38

Partially Enclosed Buildings +0.85 −0.10 Log A +0.95 +0.75

Overhang Coefficients (GCp - GCpi) Uplift for Components and Cladding Enclosed or Partially Enclosed Eff. Wind Load Zone Buildings Area A (ft2) −2.80 A ≤ 10 Corner (3) +2.00 Log A −4.80 10 < A < 100 −0.80 A ≥ 100 −1.70 A ≤ 10 Edge (2) 10 < A ≤ 100 +0.10 Log A −1.80 and 100 < A < 500 +0.715 Log A −3.03 Interior (1) A ≥ 500 −1.10

34

Metal Building Systems Manual  

3  2  3  3  2  3 

2 

3  2 

1

3

2

2 

3

a

1 

a

2  1  2  2  1  2 

a

2

a

3

2  3

2

a

3 

a

a  3  2  3  3  2  3  a 

a  a 

Table 1.3.4.6(c): Roof and Overhang Coefficient Equations [(GCp) - (GCpi)] Gable Roofs, 7°< θ ≤ 27° (ASCE 7-10, Fig. 6-30.4-2B w/ Internal Pressure Included) Roof Coefficients (GCp - GCpi) Uplift for Components and Cladding Zone Corner (3)

Edge (2)

Interior (1)

Enclosed Buildings −2.78 +0.60 Log A −3.38 −2.18 −1.88 +0.50 Log A −2.38 −1.38 −1.08 +0.10 Log A −1.28 −0.98

Eff. Wind Load Area A (ft2) A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100 A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100 A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100

Partially Enclosed Buildings −3.15 +0.60 Log A −3.75 −2.55 −2.25 +0.50 Log A −2.75 −1.75 −1.45 +0.10 Log A −1.55 −1.35

Roof Coefficients (GCp - GCpi) Downward Pressure for Components and Cladding Zone All Zones

Enclosed Buildings +0.68 −0.20 Log A +0.88 +0.48

Eff. Wind Load Area A (ft2) A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100

Partially Enclosed Buildings +1.05 −0.20 Log A +1.25 +0.85

Overhang Coefficients (GCp - GCpi) Uplift for Components and Cladding Zone Corner (3)

Edge (2)

Eff. Wind Load Area A (ft2) A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100

Enclosed or Partially Enclosed Buildings −3.70 +1.20 Log A −4.90 −2.50

All A

−2.20

35

Metal Building Systems Manual  

3  2  3  3  2  3 

2 

3  2

1

3

2

2 

3

a

1 

a

2  1  2  2  1  2 

a

2

a

3 

2  3

2

a

3

a

a  3  2  3  3  2  3  a 

a  a 

Table 1.3.4.6(d): Roof and Overhang Coefficient Equations [(GCp) - (GCpi)] Gable Roofs, 27°< θ ≤ 45° (ASCE 7-10, Fig.3.4-2C w/ Internal Pressure Included)

Zone Corner (3) and Edge (2) Interior (1)

Roof Coefficients (GCp - GCpi) Uplift for Components and Cladding Eff. Wind Load Area A Enclosed Partially Enclosed (ft2) Buildings Buildings −1.38 −1.75 A ≤ 10 +0.20 Log A −1.95 10 < A < 100 +0.20 Log A −1.58 −1.18 −1.55 A ≥ 100 A ≤ 10 −1.18 −1.55 10 < A < 100 +0.20 Log A −1.38 +0.20 Log A −1.75 A ≥ 100 −0.98 −1.35

Roof Coefficients (GCp - GCpi) Downward Pressure for Components and Cladding Zone All Zones

Enclosed Buildings +1.08 −0.10 Log A +1.18 +0.98

Eff. Wind Load Area A (ft2) A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100

Partially Enclosed Buildings +1.45 −0.10 Log A +1.55 +1.35

Overhang Coefficients (GCp - GCpi) Uplift for Components and Cladding Zone Corner (3) and Edge (2)

Eff. Wind Load Area A (ft2) A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100

36

Enclosed or Partially Enclosed Buildings −2.00 +0.20 Log A −2.20 −1.80

Metal Building Systems Manual

Table 1.3.4.6(e): Roof Coefficient Equations [(GCp) - (GCpi)] Multispan Gable Roofs, 10°< θ ≤ 30° (ASCE 7-10, Fig. 30.4-4 w/ Internal Pressure Included) Roof Coefficients (GCp - GCpi) Uplift for Components and Cladding Zone Corner (3)

Edge (2)

Interior (1)

Eff. Wind Load Area A (ft2) A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100 A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100 A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100

Enclosed Buildings −2.88 +1.00 Log A −3.88 −1.88 −2.38 +0.50 Log A −2.88 −1.88 −1.78 +0.20 Log A −1.98 −1.58

Partially Enclosed Buildings −3.25 +1.00 Log A −4.25 −2.25 −2.75 +0.50 Log A −3.25 −2.25 −2.15 +0.20 Log A −2.35 −1.95

Roof Coefficients (GCp - GCpi) Downward Pressure for Components and Cladding Zone All Zones

Eff. Wind Load Area A (ft2) A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100

Enclosed Buildings +0.78 −0.20 Log A +0.98 +0.58

Partially Enclosed Buildings +1.15 −0.20 Log A +1.35 +0.95

Multispan Gable Roofs, 30°< θ ≤ 45° Roof Coefficients (GCp - GCpi) Uplift for Components and Cladding Zone Corner (3)

Edge (2)

Interior (1)

Eff. Wind Load Area A (ft2) A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100 A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100 A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100

Enclosed Buildings −2.78 +0.90 Log A −3.68 −1.88 −2.68 +0.80 Log A −3.48 −1.88 −2.18 +0.90 Log A −3.08 −1.28

Partially Enclosed Buildings −3.15 +0.90 Log A −4.05 −2.25 −3.05 +0.80 Log A −3.85 −2.25 −2.55 +0.90 Log A −3.45 −1.65

Roof Coefficients (GCp - GCpi) Downward Pressure for Components and Cladding Zone All Zones

Eff. Wind Load Area A (ft2) A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100

Enclosed Buildings +1.18 −0.20 Log A +1.38 +0.98

37

Partially Enclosed Buildings +1.55 −0.20 Log A +1.75 +1.35

Metal Building Systems Manual

4a

2′ 

3′ 

2′ 

2a

3 

1 

2  a 

4a

3′ 

2′ 

2a

3 

2a

2a 

h

Table 1.3.4.6(f): Roof Coefficient Equations [(GCp) - (GCpi)] Single Slope, 3° < θ ≤ 10° (ASCE 7-10, Fig. 30.4-5A w/ Internal Pressure Included) Note: For θ ≤ 3°, Use Table 1.3.4.6(b) Single Slope Roof Coefficients (GCp - GCpi) Uplift for Components and Cladding Zone High-side Corner (3′) Low-side Corner (3) High-side Edge (2′) Low-side Edge (2) Interior (1)

Eff. Wind Load Area A (ft2) A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100 A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100 A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100 A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100

Enclosed Buildings −2.78 +1.0 Log A −3.78 −1.78 −1.98 +0.60 Log A −2.58 −1.38 −1.78 +0.10 Log A −1.88 −1.68 −1.48 +0.10 Log A −1.58 −1.38

Partially Enclosed Buildings −3.15 +1.0 Log A −4.15 −2.15 −2.35 +0.60 Log A −2.95 −1.75 −2.15 +0.10 Log A −2.25 −2.05 −1.85 +0.10 Log A −1.95 −1.75

All A

−1.28

−1.65

Single Slope Roof Coefficients (GCp - GCpi) Downward Pressure for Components and Cladding Enclosed Partially Enclosed Eff. Wind Load Area A Zone Buildings Buildings (ft2) +0.48 +0.85 A ≤ 10 All Zones −0.10 Log A +0.58 −0.10 Log A +0.95 10 < A < 100 +0.38 +0.75 A ≥ 100

38

Metal Building Systems Manual a

2  4a

3 

2 

1 

2 a

4a

3  a

2  2a 

h

Table 1.3.4.6(g): Roof Coefficient Equations [(GCp) - (GCpi)] Single Slope, 10° < θ ≤ 30° (ASCE 7-10, Fig. 30.4-5B w/ Internal Pressure Included) Single Slope Roof Coefficients (GCp - GCpi) Uplift for Components and Cladding Zone High-side Corner (3) Edge (2)

Interior (1)

Eff. Wind Load Area A (ft2) A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100 A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100 A ≤ 10 10 < A < 100 A ≥ 100

Enclosed Buildings −3.08 +0.90 Log A −3.98 −2.18 −1.78 +0.40 Log A −2.18 −1.38 −1.48 +0.20 Log A −1.68 −1.28

Partially Enclosed Buildings −3.45 +0.90 Log A −4.35 −2.55 −2.15 +0.40 Log A −2.55 −1.75 −1.85 +0.20 Log A −2.05 −1.65

Single Slope Roof Coefficients (GCp - GCpi) Downward Pressure for Components and Cladding Enclosed Eff. Wind Load Area A Partially Enclosed Zone Buildings (ft2) Buildings +0.58 +0.95 A ≤ 10 All Zones −0.10 Log A +0.68 −0.10 Log A +1.05 10 < A < 100 +0.48 +0.85 A ≥ 100

39

Metal Building Systems Manual 2a

2

3

2

1

2

a 2a

3

a

3

a 2

a

3

h

Table 1.3.4.6(h): Roof Coefficient Equations [(GCp) - (GCpi)] Sawtooth Roofs (ASCE 7-10, Fig. 30.4-6 w/ Internal Pressure Included) Sawtooth Roof Coefficients (GCp - GCpi) Uplift for Components and Cladding Zone Span A Corner (3) Spans B, C, & D Corner (3) Edge (2)

Interior (1)

Eff. Wind Load Area A (ft2) A ≤ 10 10 < A ≤ 100 100 < A < 500 A ≥ 500 A ≤ 100 100 < A < 500 A ≥ 500 A ≤ 10 10 < A < 500 A ≥ 500 A ≤ 10 10 < A < 500 A ≥ 500

Enclosed Buildings −4.28 +0.40 Log A −4.68 +2.289 Log A −8.46 −2.28 −2.78 +1.001 Log A −4.78 −2.08 −3.38 +0.942 Log A −4.32 −1.78 −2.38 +0.647 Log A −3.03 −1.28

Partially Enclosed Buildings −4.65 +0.40 Log A −5.05 +2.289 Log A −8.83 −2.65 −3.15 +1.001 Log A −5.15 −2.45 −3.75 +0.942 Log A −4.69 −2.15 −2.75 +0.647 Log A −3.40 −1.65

Sawtooth Roof Coefficients (GCp - GCpi) Downward Pressure for Components and Cladding Enclosed Partially Enclosed Eff. Wind Load Area A Zone Buildings Buildings (ft2) +0.98 +1.25 A ≤ 10 Corner (3) −0.10 Log A +1.08 −0.30 Log A +1.55 10 < A < 100 +0.88 +0.95 A ≥ 100 +1.28 +1.65 A ≤ 10 Edge (2) −0.30 Log A +1.58 −0.30 Log A +1.95 10 < A < 100 +0.98 +1.35 A ≥ 100 +0.88 +1.25 A ≤ 10 Interior (1) −0.177 Log A +1.06 −0.177 Log A +1.43 10 < A < 500 +0.58 +0.95 A ≥ 500

40

Area efectiva para carga de viento (Effective Wind Load Area) 𝐸𝐴 = 𝐿 × 𝑊 donde: 𝐿 = 𝐿𝑢𝑧 𝐴+𝐵 𝐿 𝑊 = 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 𝑑𝑒 o 2 3

Notas sobre el área efectiva de carga de viento

1. El área efectiva de carga de viento se debe usar únicamente en la determinación de los coeficientes de presión no para las cargas de diseño. 2. Para las láminas u otro elemento donde no sea posible determinar W. El ancho efectivo no debe ser menos que 𝑊=

𝐿 3

3. Para diseño de sujetadores de techo se debe considerar el área del edificio que contribuye a la fuerza siendo considerada

EFECTO DEL VIENTO SOBRE LAS ESTRUCTURAS Conocer la capacidad de las láminas de techo en flexión se convierte en algo fundamental en zonas de altas velocidades de viento

EFECTO DEL VIENTO SOBRE LAS ESTRUCTURAS Características Mecánicas

Resistencia de acuerdo a pruebas

CARGAS EN ELEMENTOS SECUNDARIOS EN EDIFICIOS ABIERTOS

La carga de viento para estos casos se define en la sección 30.8.2 del ASCE7-10 𝑝 = 𝑞𝑕 𝐺𝐶𝑁 Donde 𝑞𝑕 =presión básica G = efecto de ráfaga ASCE7-10 Sección, 26.9 𝐶𝑁 =coeficiente de presión neta del ASCE 7-10 figuras 30.8-1 a 30.8-3 Este coeficiente varía si es clara o con obstrucciones. Se considera con obstrucciones cuando existe un bloqueo mayor al 50% del viento que pasa a través de la estructura.

MINIMUM DESIGN LOADS

0.25 £ h/L £ 1.0

Components and Cladding Figure 30.8-1

Net Pressure Coefficient, CN

Monoslope Free Roofs q £ 45°

Open Buildings

3 2 1 2 3

Roof

Effective

Angle

Wind Area

CN Clear Wind Flow

θ

Zone 3 a , < 4.0a > 4.0a 4.0a 15

o

o

2

o

2

2

> a , < 4.0a 4.0a 45

2

> a , < 4.0a 4.0a 30

2

> a , < 4.0a a , < 4.0a > 4.0a

2

2

Obstructed Win d Flow

Zone 2

Zone 1

Zone 3

Zone 2

Zone 1

2.4

-3.3

1.8

-1.7

1.2

-1.1

1

-3.6

0.8

-1.8

0.5

-1.2

1.8

-1.7

1.8

-1.7

1.2

-1.1

0.8

-1.8

0.8

-1.8

0.5

-1.2

1.2

-1.1

1.2

-1.1

1.2

-1.1

0.5

-1.2

0.5

-1.2

0.5

-1.2

3.2

-4.2

2.4

-2.1

1.6

-1.4

1.6

-5.1

1.2

-2.6

0.8

-1.7

2.4

-2.1

2.4

-2.1

1.6

-1.4

1.2

-2.6

1.2

-2.6

0.8

-1.7

1.6

-1.4

1.6

-1.4

1.6

-1.4

0.8

-1.7

0.8

-1.7

0.8

-1.7

3.6

-3.8

2.7

-2.9

1.8

-1.9

2.4

-4.2

1.8

-3.2

1.2

-2.1

2.7

-2.9

2.7

-2.9

1.8

-1.9

1.8

-3.2

1.8

-3.2

1.2

-2.1

1.8

-1.9

1.8

-1.9

1.8

-1.9

1.2

-2.1

1.2

-2.1

1.2

-2.1

5.2

-5

3.9

-3.8

2.6

-2.5

3.2

-4.6

2.4

-3.5

1.6

-2.3

3.9

-3.8

3.9

-3.8

2.6

-2.5

2.4

-3.5

2.4

-3.5

1.6

-2.3

2.6

-2.5

2.6

-2.5

2.6

-2.5

1.6

-2.3

1.6

-2.3

1.6

-2.3

5.2

-4.6

3.9

-3.5

2.6

-2.3

4.2

-3.8

3.2

-2.9

2.1

-1.9

3.9

-3.5

3.9

-3.5

2.6

-2.3

3.2

-2.9

3.2

-2.9

2.1

-1.9

2.6

-2.3

2.6

-2.3

2.6

-2.3

2.1

-1.9

2.1

-1.9

2.1

-1.9

Notes: 1. CN denotes net pressures (contributions from top and bottom surfaces). 2. Clear wind flow denotes relatively unobstructed wind flow with blockage less than or equal to 50%. Obstructed wind flow denotes objects below roof inhibiting wind flow (>50% blockage). 3. For values of θ other than those shown, linear interpolation is permitted. 4. Plus and minus signs signify pressures acting towards and away from the top roof surface, respectively. 5. Components and cladding elements shall be designed for positive and negative pressure coefficients shown. 6. Notation: a : 10% of least horizontal dimension or 0.4h, whichever is smaller but not less than 4% of least horizontal dimension or 3 ft. (0.9 m) h : mean roof height, ft. (m) L : horizontal dimension of building, measured in along wind direction, ft. (m) θ : angle of plane of roof from horizontal, degrees

351

c30.indd 351

4/14/2010 11:05:05 AM

CHAPTER 30 WIND LOADS – COMPONENTS AND CLADDING 2

0.25 £ h/L £ 1.0

Components and Cladding Figure 30.8-2

Net Pressure Coefficient, CN

Pitched Free Roofs q £ 45°

Open Buildings

3

3

3 2

2 1

2 1

1

1 2 3

CN

Roof

Effective

Angle

Wind Area

Clear Wind Flow

θ

Zone 3 a , < 4.0a > 4.0a 4.0a 15

o

2

> a , < 4.0a 4.0a 45

o

2

2

> a , < 4.0a 4.0a 30

2

> a , < 4.0a a , < 4.0a > 4.0a

2

2

Obstructed Wind Flow

Zone 2

Zone 1

Zone 3

Zone 2

Zone 1

2.4

-3.3

1.8

-1.7

1.2

-1.1

1

-3.6

0.8

-1.8

0.5

-1.2

1.8

-1.7

1.8

-1.7

1.2

-1.1

0.8

-1.8

0.8

-1.8

0.5

-1.2

1.2

-1.1

1.2

-1.1

1.2

-1.1

0.5

-1.2

0.5

-1.2

0.5

-1.2

2.2

-3.6

1.7

-1.8

1.1

-1.2

1

-5.1

0.8

-2.6

0.5

-1.7

1.7

-1.8

1.7

-1.8

1.1

-1.2

0.8

-2.6

0.8

-2.6

0.5

-1.7

1.1

-1.2

1.1

-1.2

1.1

-1.2

0.5

-1.7

0.5

-1.7

0.5

-1.7

2.2

-2.2

1.7

-1.7

1.1

-1.1

1

-3.2

0.8

-2.4

0.5

-1.6

1.7

-1.7

1.7

-1.7

1.1

-1.1

0.8

-2.4

0.8

-2.4

0.5

-1.6

1.1

-1.1

1.1

-1.1

1.1

-1.1

0.5

-1.6

0.5

-1.6

0.5

-1.6

2.6

-1.8

2

-1.4

1.3

-0.9

1

-2.4

0.8

-1.8

0.5

-1.2 -1.2

2

-1.4

2

-1.4

1.3

-0.9

0.8

-1.8

0.8

-1.8

0.5

1.3

-0.9

1.3

-0.9

1.3

-0.9

0.5

-1.2

0.5

-1.2

0.5

-1.2

2.2

-1.6

1.7

-1.2

1.1

-0.8

1

-2.4

0.8

-1.8

0.5

-1.2

1.7

-1.2

1.7

-1.2

1.1

-0.8

0.8

-1.8

0.8

-1.8

0.5

-1.2

1.1

-0.8

1.1

-0.8

1.1

-0.8

0.5

-1.2

0.5

-1.2

0.5

-1.2

Notes: 1. CN denotes net pressures (contributions from top and bottom surfaces). 2. Clear wind flow denotes relatively unobstructed wind flow with blockage less than or equal to 50%. Obstructed wind flow denotes objects below roof inhibiting wind flow (>50% blockage). 3. For values of θ other than those shown, linear interpolation is permitted. 4. Plus and minus signs signify pressures acting towards and away from the top roof surface, respectively. 5. Components and cladding elements shall be designed for positive and negative pressure coefficients shown. 6. Notation: a : 10% of least horizontal dimension or 0.4h, whichever is smaller but not less than 4% of least horizontal dimension or 3 ft. (0.9 m). Dimension “a” is as shown in Fig. 30.8-1. h : mean roof height, ft. (m) L : horizontal dimension of building, measured in along wind direction, ft. (m) θ : angle of plane of roof from horizontal, degrees

352

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MINIMUM DESIGN LOADS

0.25 £ h/L £ 1.0

Components and Cladding Figure 30.8-3

Net Pressure Coefficient, CN

Troughed Free Roofs q £ 45°

Open Buildings

3 3 2 2

1 1

1 2

1 2

3 3

Roof

Effective

Angle

Wind Area

CN Clear Wind Flow

θ

Zone 3 a , < 4.0a

2

> 4.0a2 a , < 4.0a > 4.0a 4.0a o

30

o

2

2

> a , < 4.0a 4.0a 45

2

2

> a , < 4.0a a2, < 4.0a2 > 4.0a

2

Obstructed Wind Flow

Zone 2

Zone 1

Zone 3

Zone 2

Zone 1

2.4

-3.3

1.8

-1.7

1.2

-1.1

1

-3.6

0.8

-1.8

0.5

-1.2

1.8

-1.7

1.8

-1.7

1.2

-1.1

0.8

-1.8

0.8

-1.8

0.5

-1.2 -1.2

1.2

-1.1

1.2

-1.1

1.2

-1.1

0.5

-1.2

0.5

-1.2

0.5

2.4

-3.3

1.8

-1.7

1.2

-1.1

1

-4.8

0.8

-2.4

0.5

-1.6

1.8

-1.7

1.8

-1.7

1.2

-1.1

0.8

-2.4

0.8

-2.4

0.5

-1.6 -1.6

1.2

-1.1

1.2

-1.1

1.2

-1.1

0.5

-1.6

0.5

-1.6

0.5

2.2

-2.2

1.7

-1.7

1.1

-1.1

1

-2.4

0.8

-1.8

0.5

-1.2

1.7

-1.7

1.7

-1.7

1.1

-1.1

0.8

-1.8

0.8

-1.8

0.5

-1.2

1.1

-1.1

1.1

-1.1

1.1

-1.1

0.5

-1.2

0.5

-1.2

0.5

-1.2

1.8

-2.6

1.4

-2

0.9

-1.3

1

-2.8

0.8

-2.1

0.5

-1.4

1.4

-2

1.4

-2

0.9

-1.3

0.8

-2.1

0.8

-2.1

0.5

-1.4 -1.4

0.9

-1.3

0.9

-1.3

0.9

-1.3

0.5

-1.4

0.5

-1.4

0.5

1.6

-2.2

1.2

-1.7

0.8

-1.1

1

-2.4

0.8

-1.8

0.5

-1.2

1.2

-1.7

1.2

-1.7

0.8

-1.1

0.8

-1.8

0.8

-1.8

0.5

-1.2

0.8

-1.1

0.8

-1.1

0.8

-1.1

0.5

-1.2

0.5

-1.2

0.5

-1.2

Notes: 1. CN denotes net pressures (contributions from top and bottom surfaces). 2. Clear wind flow denotes relatively unobstructed wind flow with blockage less than or equal to 50%. Obstructed wind flow denotes objects below roof inhibiting wind flow (>50% blockage). 3. For values of θ other than those shown, linear interpolation is permitted. 4. Plus and minus signs signify pressures acting towards and away from the top roof surface, respectively. 5. Components and cladding elements shall be designed for positive and negative pressure coefficients shown. 6. Notation: a : 10% of least horizontal dimension or 0.4h, whichever is smaller but not less than 4% of least horizontal dimension or 3 ft. (0.9 m). Dimension “a” is as shown in Fig. 30.8-1. h : mean roof height, ft. (m) L : horizontal dimension of building, measured in along wind direction, ft. (m) θ : angle of plane of roof from horizontal, degrees

353

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CARGAS EN ELEMENTOS SECUNDARIOS EN EDIFICIOS ABIERTOS Las tablas 30.8-1 a 30.8-3, sólo se refieren a cargas en el techo. Es posible tener en algunas configuraciones de edificio abierto podrían tener paredes parciales. Para esto el MBMA2012 usa la figura 1.3.4.5 e para las presiones en las paredes.

Efecto del viento sobre las estructuras elementos primarios Marco Rígidos (Rigid Frame)

Eave Strut Clavadores (Purlins)

Clavadores (Girts)

Marco de Carga (Bearing Frame)

Efecto del viento sobre las estructuras elementos primarios La presión del viento sobre los elementos secundarios se puede reescribir como ASCE7-10 28.4-1:

p= qh[(GCPf)-(GCPi)] (lb/ft2) (N/m2) donde: p= presión total sobre el elemento Gcpf= Factor de forma externa figuras 28.4-1, ASCE7-10* Gcpi= factor de presion interna tabla 26.11-1, ASCE7-10 qh= presión básica *como método alterno la MBMA2012 provee ecuaciones que combinan los coeficientes de presion interna y externa (GCp-Gcpi). Tablas 1.3.4.5(a) a 1.3.4.5 (b)

Efecto del viento sobre las estructuras elementos primarios Dirección del viento: transversal a la cumbrera

Efecto del viento sobre las estructuras elementos primarios

Efecto del viento sobre las estructuras elementos primarios

Dirección del viento: paralela a la cumbrera

Efecto del viento sobre las estructuras elementos primarios

Dirección del viento: paralela a la cumbrera

Efecto del viento sobre las estructuras elementos primarios

Presiones externas Presiones internas

Efectos combinados

Metal Building Systems Manual Table 1.3.4.5(a): Main Framing Coefficients [(GCpf) – (GCpi)] for Transverse Direction (See Figure 1.3.4.5(a) or (b) for Zone Locations) Building Type

Roof Angle θ 0° ≤ θ ≤ 5° 2:12

Enclosed Building (ASCE 7)

3:12 θ = 20° 30° ≤ θ ≤ 45° θ = 90° 0° ≤ θ ≤ 5° 2:12

Partially Enclosed (ASCE 7)

3:12 θ = 20° 30° ≤ θ ≤ 45° θ = 90° 0° ≤ θ ≤ 10°

Open6 (MBMA)

10° ≤ θ ≤ 25° 25° ≤ θ ≤ 45°

Load Case1 +i −i +i −i +i −i +i −i +i −i +i −i +i −i +i −i +i −i +i −i +i −i +i −i 1 2 1 2 3 1 2

End Zone Coefficients 1E 2E 3E 4E +0.43 –1.25 –0.71 –0.61 +0.79 –0.89 –0.35 –0.25 +0.49 –1.25 –0.76 –0.67 +0.85 –0.89 –0.40 –0.31 +0.54 –1.25 –0.81 –0.74 +0.90 –0.89 –0.45 –0.38 +0.62 –1.25 –0.87 –0.82 +0.98 –0.89 –0.51 –0.46 +0.51 +0.09 –0.71 –0.66 +0.87 +0.45 –0.35 –0.30 +0.51 +0.51 –0.66 –0.66 +0.87 +0.87 –0.30 –0.30 +0.06 –1.62 –1.08 –0.98 +1.16 –0.52 +0.02 +0.12 +0.12 –1.62 –1.13 –1.04 +1.22 –0.52 –0.03 +0.06 +0.17 –1.62 –1.20 –1.11 +1.27 –0.52 –0.10 –0.01 +0.25 –1.62 –1.24 –1.19 +1.35 –0.52 –0.14 –0.09 +0.14 –0.28 –1.08 –1.03 +1.24 +0.82 +0.02 +0.07 +0.14 +0.14 –1.03 –1.03 +1.24 +1.24 +0.07 +0.07 +0.75 –0.50 –0.50 –0.75 +0.75 –0.20 –0.60 –0.75 +0.75 –0.50 –0.50 –0.75 +0.75 +0.50 –0.50 –0.75 +0.75 +0.15 –0.65 –0.75 +0.75 –0.50 –0.50 –0.75 +0.75 +1.40 +0.20 –0.75

Interior Zone Coefficients 1 2 3 4 +0.22 –0.87 –0.55 –0.47 +0.58 –0.51 –0.19 –0.11 +0.26 –0.87 –0.58 –0.51 +0.62 –0.51 –0.22 –0.15 +0.30 –0.87 –0.62 –0.55 +0.66 –0.51 –0.26 –0.19 +0.35 –0.87 –0.66 –0.61 +0.71 –0.51 –0.30 –0.25 +0.38 +0.03 –0.61 –0.55 +0.74 +0.39 –0.25 –0.19 +0.38 +0.38 –0.55 –0.55 +0.74 +0.74 –0.19 –0.19 –0.15 –1.24 –0.92 –0.84 +0.95 –0.14 +0.18 +0.26 –0.11 –1.24 –0.95 –0.88 +0.99 –0.14 +0.15 +0.22 +0.07 –1.24 –0.99 –0.92 +1.03 –0.14 +0.11 +0.18 –0.02 –1.24 –1.03 –0.98 +1.08 –0.14 +0.07 +0.12 +0.01 –0.34 –0.98 –0.92 +1.11 +0.76 +0.12 +0.18 +0.01 +0.01 –0.92 –0.92 +1.11 +1.11 +0.18 +0.18 +0.75 –0.50 –0.50 –0.75 +0.75 –0.20 –0.60 –0.75 +0.75 –0.50 –0.50 –0.75 +0.75 +0.50 –0.50 –0.75 +0.75 +0.15 –0.65 –0.75 +0.75 –0.50 –0.50 –0.75 +0.75 +1.40 +0.20 –0.75

Notes: 1. 2. 3. 4.

5. 6.

Load Case refers to negative internal pressure (-i) and positive internal pressure (+i). See Table 26.11-1, ASCE 7-10 for the values used for GCpi. For the MBMA recommendation for open buildings, load cases are provided for balanced and unbalanced uplift cases. Plus and minus signs signify pressures acting toward and away from the surfaces, respectively. For values of θ other than those shown, linear interpolation is permitted. Note that this interpolation must be done on the external pressure coefficient and then combined with the appropriate internal pressure coefficient. This has been done for standard slopes 2:12 and 3:12. When the roof pressure coefficient in Zone 2 or 2E is negative, it shall be applied in Zone 2 or 2E for a distance from the edge of the roof equal to 0.5 times the horizontal dimension of the building measured perpendicular to the eave line or 2.5h at the windward wall, whichever is less. The remainder of Zone 2 or 2E extending to the ridge line shall use the pressure coefficient from Zone 3 or 3E. The building must be designed for all wind directions using the 8 loading patterns shown in ASCE 7-10, Figure 28.4-1. The open building coefficients are recommended for the cladded wall surfaces, as discussed in Section 1.3.4.5.4 of this manual and when the building aspect ratio (h/L) is outside the limits of applicability of ASCE 7-10, Figures 27.4-4 through 27.4-6.

28

Metal Building Systems Manual Table 1.3.4.5(b): Main Framing Coefficients [(GCpf) – (GCpi)] for Longitudinal Direction (All Roof Angles θ) (See Figure 1.3.4.5(c) or (d) for Zone Locations) Type Enclosed Partially Enclosed

Load Class +i -i +i -i

Enclosed Partially Enclosed Open

Load Class +i -i +i -i

2E

End Zone 3E 4E

5E

-0.66 -1.25 -0.71 -0.66 0.43 -0.30 -0.89 -0.35 -0.30 0.79 -1.03 -1.62 -1.08 -1.03 0.06 0.07 -0.52 0.02 0.07 1.16 See Figure 1.3.4.5(e) for MBMA Recommendations

Open Type

1E

1

2

Interior Zone 3 4

5

-0.63 -0.87 -0.55 -0.63 0.22 -0.27 -0.51 -0.19 -0.27 0.58 -1.00 -1.24 -0.92 -1.00 -0.15 0.10 -0.14 0.18 0.10 0.95 See Figure 1.3.4.5(e) for MBMA Recommendations

30

6E -0.61 -0.25 -0.98 0.12

6 -0.47 -0.11 -0.84 0.26

Efecto del viento sobre las estructuras elementos primarios Estructuras abiertas: Para estructuras abiertas se puede utilizar la sección ASCE7-10 27.4.3

p= qhGCN (lb/ft2) (N/m2) donde: p= presión total sobre el elemento G= factor de ráfaga ASCE7-10 26.9 𝐶𝑁 =coeficiente de presión neta del ASCE 7-10 figuras 27.4-4 a 27.4-7 Este coeficiente varía si es clara o con obstrucciones. Se considera con obstrucciones cuando existe un bloqueo mayor al 50% del viento que pasa a través de la estructura. La aplicación de esta ecuación tiene un límite de h/L. Para el caso en que este límite sea superado es posible usar los datos de la tabla 1.3.4.5(a) y figura 1.3.4.5(e)

MINIMUM DESIGN LOADS 0.25 £ h/L £ 1.0

Main Wind Force Resisting System – Part 1 Figure 27.4-4

Net Pressure Coefficient, CN

Monoslope Free Roofs q £ 45°, g = 0°, 180°

Open Buildings

Roof

Load

Angle θ

Case

0

o

7.5 15

o

o

22.5 30

o

37.5 45

o

o

o

A B A B A B A B A B A B A B

o

Wind Direction, γ = 0 Clear Wind Flow Obstructed Wind Flow CNL CNW CNL CNW 1.2 0.3 -0.5 -1.2 -1.1 -0.1 -1.1 -0.6 -0.6 -1 -1 -1.5 -1.4 0 -1.7 -0.8 -0.9 -1.3 -1.1 -1.5 -1.9 0 -2.1 -0.6 -1.5 -1.6 -1.5 -1.7 -2.4 -0.3 -2.3 -0.9 -1.8 -1.8 -1.5 -1.8 -2.5 -0.5 -2.3 -1.1 -1.8 -1.8 -1.5 -1.8 -2.4 -0.6 -2.2 -1.1 -1.6 -1.8 -1.3 -1.8 -2.3 -0.7 -1.9 -1.2

o

Wind Direction, γ = 180 Clear Wind Flow Obstructed Wind Flow CNW CNL CNW CNL 1.2 0.3 -0.5 -1.2 -1.1 -0.1 -1.1 -0.6 0.9 1.5 -0.2 -1.2 1.6 0.3 0.8 -0.3 1.3 1.6 0.4 -1.1 1.8 0.6 1.2 -0.3 1.7 1.8 0.5 -1 2.2 0.7 1.3 0 2.1 2.1 0.6 -1 2.6 1 1.6 0.1 2.1 2.2 0.7 -0.9 2.7 1.1 1.9 0.3 2.2 2.5 0.8 -0.9 2.6 1.4 2.1 0.4

Notes: 1. CNW and CNL denote net pressures (contributions from top and bottom surfaces) for windward and leeward half of roof surfaces, respectively. 2. Clear wind flow denotes relatively unobstructed wind flow with blockage less than or equal to 50%. Obstructed wind flow denotes objects below roof inhibiting wind flow (>50% blockage). 3. For values of θ between 7.5o and 45o, linear interpolation is permitted. For values of θ less than 7.5o, use load coefficients for 0o. 4. Plus and minus signs signify pressures acting towards and away from the top roof surface, respectively. 5. All load cases shown for each roof angle shall be investigated. 6. Notation: L : horizontal dimension of roof, measured in the along wind direction, ft. (m) h : mean roof height, ft. (m) γ : direction of wind, degrees θ : angle of plane of roof from horizontal, degrees

267

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4/14/2010 11:04:42 AM

CHAPTER 27 WIND LOADS ON BUILDINGS—MWFRS (DIRECTIONAL PROCEDURE)

0.25 £ h/L £ 1.0

Main Wind Force Resisting System – Part 1 Figure 27.4-5

Net Pressure Coefficient, CN

Pitched Free Roofs q £ 45°, g = 0°, 180°

Open Buildings

Wind Direction, γ = 0o, 180o Roof Angle, θ 7.5o 15o 22.5o 30o 37.5o 45o

Load Case A B A B A B A B A B A B

Clear Wind Flow CNW CNL

Obstructed Wind Flow CNW CNL

1.1 0.2 1.1 0.1 1.1 -0.1 1.3 -0.1 1.3 -0.2 1.1 -0.3

-1.6 -0.9 -1.2 -0.6 -1.2 -0.8 -0.7 -0.2 -0.6 -0.3 -0.5 -0.3

-0.3 -1.2 -0.4 -1.1 0.1 -0.8 0.3 -0.9 0.6 -0.6 0.9 -0.5

-1 -1.7 -1 -1.6 -1.2 -1.7 -0.7 -1.1 -0.6 -0.9 -0.5 -0.7

Notes: 1. CNW and CNL denote net pressures (contributions from top and bottom surfaces) for windward and leeward half of roof surfaces, respectively. 2. Clear wind flow denotes relatively unobstructed wind flow with blockage less than or equal to 50%. Obstructed wind flow denotes objects below roof inhibiting wind flow (>50% blockage). For values of θ less than 7.5o, use 3. For values of θ between 7.5o and 45o, linear interpolation is permitted. monoslope roof load coefficients. 4. Plus and minus signs signify pressures acting towards and away from the top roof surface, respectively. 5. All load cases shown for each roof angle shall be investigated. 6. Notation: L : horizontal dimension of roof, measured in the along wind direction, ft. (m) h : mean roof height, ft. (m) γ : direction of wind, degrees θ : angle of plane of roof from horizontal, degrees

268

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4/14/2010 11:04:42 AM

MINIMUM DESIGN LOADS

0.25 £ h/L £ 1.0

Main Wind Force Resisting System Figure 27.4-6

Net Pressure Coefficient, CN Open Buildings

Roof

Load

Angle θ

Case

7.5 15

o

o

22.5 30

o

37.5 45

o

o

o

A B A B A B A B A B A B

Troughed Free Roofs q £ 45°, g = 0°, 180°

o

o

Wind Direction, γ = 0 , 180 Clear Wind Flow Obstructed Wind Flow CNW CNL CNW CNL -1.1 0.3 -1.6 -0.5 -0.2 1.2 -0.9 -0.8 -1.1 0.4 -1.2 -0.5 0.1 1.1 -0.6 -0.8 -1.1 -0.1 -1.2 -0.6 -0.1 0.8 -0.8 -0.8 -1.3 -0.3 -1.4 -0.4 -0.1 0.9 -0.2 -0.5 -1.3 -0.6 -1.4 -0.3 0.2 0.6 -0.3 -0.4 -1.1 -0.9 -1.2 -0.3 0.3 0.5 -0.3 -0.4

Notes: 1. CNW and CNL denote net pressures (contributions from top and bottom surfaces) for windward and leeward half of roof surfaces, respectively. 2. Clear wind flow denotes relatively unobstructed wind flow with blockage less than or equal to 50%. Obstructed wind flow denotes objects below roof inhibiting wind flow (>50% blockage). 3. For values of θ between 7.5o and 45o, linear interpolation is permitted. For values of θ less than 7.5o, use monoslope roof load coefficients. 4. Plus and minus signs signify pressures acting towards and away from the top roof surface, respectively. 5. All load cases shown for each roof angle shall be investigated. 6. Notation: L : horizontal dimension of roof, measured in the along wind direction, ft. (m) h : mean roof height, ft. (m) γ : direction of wind, degrees θ : angle of plane of roof from horizontal, degrees

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CHAPTER 27 WIND LOADS ON BUILDINGS—MWFRS (DIRECTIONAL PROCEDURE)

0.25 £ h/L £ 1.0

Main Wind Force Resisting System – Part 1 Figure 27.4-7

Net Pressure Coefficient, CN Open Buildings

Horizontal Distance from Windward Edge

h, < 2h

> 2h

Roof Angle θ

Load Case

Free Roofs q £ 45°, g = 90°, 270°

Clear Wind Flow

Obstructed Wind Flow

CN

CN

All Shapes

A

-0.8

-1.2

θ < 45

B

0.8

0.5

All Shapes

A

-0.6

-0.9

θ < 45o

B

0.5

0.5

All Shapes

A

-0.3

-0.6

θ < 45o

B

0.3

0.3

o

Notes: 1. CN denotes net pressures (contributions from top and bottom surfaces). 2. Clear wind flow denotes relatively unobstructed wind flow with blockage less than or equal to 50%. Obstructed wind flow denotes objects below roof inhibiting wind flow (>50% blockage). 3. Plus and minus signs signify pressures acting towards and away from the top roof surface, respectively. 4. All load cases shown for each roof angle shall be investigated. 5. For monoslope roofs with theta less than 5 degrees, Cn values shown apply also for cases where gamma = 0 degrees and 0.05 less than or equal to h/L less than or equal to 0.25. See Figure 27.4-4 for other h/L values. 6. Notation: L : horizontal dimension of roof, measured in the along wind direction, ft. (m) h : mean roof height, ft. (m). See Figures 27.4-4, 27.4-5 or 27.4-6 for a graphical depiction of this dimension. γ : direction of wind, degrees θ : angle of plane of roof from horizontal, degrees

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Efecto del viento sobre las estructuras elementos primarios Para estructuras abiertas en el sentido longitudinal se puede usar la siguiente ecuación Recomendada por el MBMA2012 𝐹 = 𝑞𝑕 𝐾𝐵 𝐾𝑠 𝐺𝐶𝑝𝑓 𝐴𝐸 donde: 𝑞𝑕 = presión básica 𝐾𝐵 = factor de ancho del marco 1,8-0,01B para B ≤ 100ft 0,8 para B ˃ 100ft 𝐾𝑠 =shielding factor 0,20 + 0,073 𝑛 − 3 + 0,4𝑒1,5𝜑 𝐺𝐶𝑝𝑓 = presión externa. Tomada de la figura ASCE7-10 28.4-1 para viento. Usar 1 y 1E para barlovento y 4 y 4E para sotavento. Los coeficientes debe ser usados para techos planos  = 0 grads.

Efecto del viento sobre las estructuras elementos primarios Para estructuras abiertas en el sentido longitudinal se puede usar la siguiente ecuación Recomendada por el MBMA2012 𝐹 = 𝑞𝑕 𝐾𝐵 𝐾𝑠 𝐺𝐶𝑝𝑓 𝐴𝐸 donde: =radio de solidez = 𝐴𝑆 𝐴𝐸 𝐵= Ancho perpendicular a la cumbrera 𝑛 =número de marcos, no debe ser tomado menos de n=3 𝐴𝑆 = área efectiva solida de la pared lateral «endwall» 𝐴𝐸 =área total de la pared para un edificio equivalente cerrado

Efecto del viento sobre las estructuras elementos primarios

Efecto del viento sobre las estructuras elementos primarios PARAPETOS Para estructuras de parapetos se puede utilizar la sección ASCE7-10 28.4.2

𝑝𝑝 = 𝑞𝑝 𝐺𝐶𝑝𝑛 (𝑙𝑏/𝑓𝑡2) (𝑁/𝑚2) donde: 𝑝𝑝 = presion neta combinada en el parapet por la acción combinada de la presion neta en la superfice frontal y posterior de la superficie del parapeto. Signo + presión actuand hacia la pared. Signo – presion actuando en dirección opuesta. 𝑞𝑝 = presión básica actuando a la altura del parapeto. 𝐶𝑝𝑛 =coeficiente de presión neta combinada (+1.5 para parapeto en barlovento, -1 para parapero en sotavento)

Efecto del viento sobre las estructuras elementos primarios Cargas Torsionales

Los efectos torsionales se consideran en el ASCE7-10 figura 28.4-1 No es necesario considerarlos cuando: 1. Pisos de 1 nivel con h igual o menos de 30 ft 2. Edificios de dos pisos o menos hechos de marcos livianos 3. Edificios de dos pisos o menos diseñados con diafragmas flexibles **Considerar cuando la rigidez entre paredes paralelas sea diferente, por ejemplo casos donde en una pared se usa un marco y en otra riostras

Consideraciones en el cálculo de la deriva por viento Los métodos usuales de diseño de derivas en estos edificios han mostrado dar como resultado derivas mayores que las que en realidad se han podido medir en condiciones reales. Las principales razónes por las que sucede esto se enumeran a continuación: 1. El cálculo de la deriva se hace con toda a carga de diseño 2. La rotación en las bases modeladas como pines es siempre considerada como 0. 3. La mayoría de los procedimientos de diseño considera el marco sin cerramiento, por lo que no se considera el de las láminas y la distribución de cargas que estas puedan lograr. 4. El análisis estático no toma en cuenta los efectos dinámcos y la masa de la estructura.

CHAPTER 28 WIND LOADS ON BUILDINGS—MWFRS (ENVELOPE PROCEDURE)

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MINIMUM DESIGN LOADS

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Estudios de la Universidad de Western Ontario realiza relaciones entre las derivas observadas y las calculadas. Llegan a la conclusion que las diferencias no se refieren a la aplicación de las cargas de viento si no a aspectos que no son timados en cuenta en los métodos de análisis. Ellos realizaron graficos que relacionan las derivas con la rigidez del diafragma y Las dimensiones generales de la estructura. A manera de muestra se observa el siguiente gráfico.

Consideraciones en el cálculo de la deriva por viento Periodo de retorno y la deriva:

Al considerarse la deriva un criterio de servicio por eso es recomendable no trabajar con el evento de diseño si no con eventos de periodo más bajo. El ASCE7-10 recomienda el uso del factor 0.42 para tomar en convertir la carga periodos de diseño de 10 años.

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas

Ejemplo de Carga de Viento Tomado del Manual de Sistemas de Construcción de Metal (MBMA2012)

Este ejemplo demostrará como determinar cargas de viento para una estructura estardar con marcos rígidos en ambos lados.

Figura 1. Geometría de la estructura y zonas de aplicación del viento a sus componentes. A) Consideraciones: Uso de la estructura: Almacén (estructura estándar, categoría de riesgo II) Ubicación: Velocidad del viento = 145 mph > 140 mph Por lo tanto, el edificio está en la región de escombros Wind Borne y algunas aberturas acristaladas (lo cual sería ubicado a menos de 30 pies por encima del nivel), el cual debe cumplir con la gran prueba de misiles de ASTM E 1996 o estar protegido por una cubierta a prueba de golpes. La estructura cumple con la definición de edificio cerrado (con vidrio protector) Ubicación de desarrollo suburbano  Categoría de Exposición B No hay características topográficas, creando efectos de aceleración del viento Espaciamiento de purlin = 5´-0´´ Espaciamiento de girt = 7´-0´´ (Distancia entre ondas de panel de techo)Roof Panel Rib Spacing = 2´-0´´

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas

(Clips de Panel de Techo) Roof Panel Clip Spacing = 2´- 0´´ (Cips de Panel de pared) Wall Panel Clip Spacing = 1´- 0´´ Espaciamiento de fijadores en la pared = 1´-0´´ Claro (dist.entre marcos) = 25´-0´´ (purlin span) Marcos Rígdos en los lados finales (Rigid end frames) Espacio entre columnas en los lados finales (End Wall Column Spacing)= 20´-0´´ B) Consideraciones: Ɵ = 4,76° < 10°, por lo tanto, utilizar h = altura del alero en lugar de la altura media de cubierta (aunque para la exposición B, qh es constante hasta h=30 pies) Velocidad de presión, qh [Tabla 1.3.4.1 (a)] = 32,1 psf Dimensión “a” para la determinación del ancho de la zona de presión: I. El más pequeño de 1. 10% de 40 ft = 4 ft 2. 40% de 14 ft = 5,6 ft II. Pero no inferior a 1. 4% de 40 ft = 1,6 ft 2. ó 3 ft Por lo tanto a = 4 ft.

C) Estructura Principal 1) Marco Rígido Interno (Dirección Transversal) Presión Interna Positiva, +i Ubicación Ver figura 1.3.4.5 (a)

Zona Interior [GCpf – GCpi]

Carga [GCpf – GCpi] x qh x claro

Tabla 1.3.4.5(a)

Pared derecha (Zona 1) Techo derecho (Zona 2) Pared izquierda (Zona 3) Techo izquierdo (Zona 4)

+0,22 -0,87 -0,55 -0,47

+0,22 x 32,1 x 25,0 = +177 plf -0,87 x 32,1 x 25,0 = -698 plf -0,55 x 32,1 x 25,0 = -441 plf -0,47 x 32,1 x 25,0 = -377 plf

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas

Resumen de cargas

Nota: El coeficiente de presión de techo de la zona 2 es negativa. Es aplicado para la totalidad del techo debido a que 0,5 veces la dimensión horizontal de la estructura no es mayor que 2,5h [ver pie de nota de la tabla 1.3.4.5 (a)]. Presión Interna Negativa, -i Ubicación Ver figura 1.3.4.5 (a)

Zona Interior [GCpf – GCpi]

Carga [GCpf – GCpi] x qh x Bay Spacing

Tabla 1.3.4.5(a)

Pared derecha (Zona 1) Techo derecho (Zona 2) Pared izquierda (Zona 3) Techo izquierdo (Zona 4)

+0,58 -0,51 -0,19 -0,11

+0,58 x 32,1 x 25,0 = 465 plf -0,51 x 32,1 x 25,0 = -409 plf -0,19 x 32,1 x 25,0 = -152 plf -0,11 x 32,1 x 25,0 = -88 plf

Resumen de cargas

Nota: El coeficiente de presión de techo de la zona 2 es negativa. Es aplicado para la totalidad del techo debido a que 0,5 veces la dimensión horizontal de la estructura no es mayor que 2,5h (ver pie de nota de la tabla 1.3.4.5 (a). 2) Extremo de marcos rígidos:

Vista de plano de la estructura´

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas

Distribución de cargas a los extremos e interior de marcos De acuerdo con la sección 1.3.4.5, la carga en los extremos de la zona más alta es aplicada típicamente a los marcos extremos, si el ancho de bahía excede el ancho de los marcos extremos, 2 x a.

Presión Interna Positiva, +i Ubicación Ver figura 1.3.4.5 (a)

End Zone [GCpf – GCpi]

Zona Interior [GCpf – GCpi]

Tabla 1.3.4.5(a)

Tabla 1.3.4.5(a)

Pared derecha (Zona 1E)

+0,43

+0,22

Techo derecho (Zona 2E)

-1,25

-0,87

Pared izquierda (Zona 3E)

-0,71

-0,55

Techo izquierdo (Zona 4E)

-0,61

-0,47

Carga Zona Int.x qhx ½ End Bay + (Zona final – Zona interior) x qh x 2a

+0,22 x 32,1 x 12,5 + (+0,43-0,22)x 32,1 x 8 = +142 plf -0,87 x 32,1 x 12,5 + (-1,25+0,87)x 32,1 x 8 = -447 plf -0,55 x 32,1 x 12,5 + (-0,71+0,55)x 32,1 x 8 = -262 plf -0,47 x 32,1 x 12,5 + (-0,61+0,47)x 32,1 x 8 = -224 plf

Resumen de cargas

Nota: El coeficiente de presión de techo de la zona 2 es negativa. Es aplicado para la totalidad del techo debido a que 0,5 veces la dimensión horizontal de la estructura no es mayor que 2,5h (ver pie de nota de la tabla 1.3.4.5 (a).

Presión Interna Negativa, -i Ubicación Ver figura 1.3.4.5 (a)

End Zone [GCpf – GCpi]

Zona Interior [GCpf – GCpi]

Tabla 1.3.4.5(a)

Tabla 1.3.4.5(a)

Pared derecha (Zona 1E)

+0,79

+0,58

Techo derecho (Zona 2E)

-0,89

-0,51

Pared izquierda (Zona 3E)

-0,35

-0,19

Carga Zona Int. x qh x ½ End Bay + (Zona final – Zona interior) x qh x 2a

+0,58 x 32,1 x 12,5 + (+0,79-0,58)x 32,1 x 8 = +287 plf -0,51 x 32,1 x 12,5 + (-0,89+0,51)x 32,1 x 8 = -302 plf -0,19 x 32,1 x 12,5 + (-0,35+0,19)x 32,1 x 8 = -117 plf

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas

Techo izquierdo (Zona 4E)

-0,25

-0,11

-0,11 x 32,1 x 12,5 + (-0,25+0,11)x 32,1 x 8 = -81 plf

Resumen de cargas

Nota: El coeficiente de presión de techo de la zona 2 es negativa. Es aplicado para la totalidad del techo debido a que 0,5 veces la dimensión horizontal de la estructura no es mayor que 2,5h [ver pie de nota de la tabla 1.3.4.5 (a)].

3) Arriostramiento longitudinal para viento: Condición de presión interna positiva - no necesita ser investigada desde que ocurre la carga compresiva crítica por la condición de presión interna negativa. Ubicación Ver figura 1.3.4.5 (c) Extremo de pared izquierdo ( Zonas 5 & 5E) Extremo de pared derecha ( Zonas 6 & 6E)

Vista en Planta

Zona Interior [GCpf – GCpi]

End Zone [GCpf – GCpi]

Tabla 1.3.4.5(b)

Tabla 1.3.4.5(b)

+0,58

+0,79

-0,11

-0,25

Elevación de los extremos

Cargando en los extremos para las envolventes longitudinales

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas

Cálculo de cargas para la mitad de la estructura Área en el extremo = (14+14.33)/2 x 4 = 57 ft2 Área interior =(14.33+15.67)/2 x 16 = 240 ft2 Cargas – Pared Izquierda (Zonas 5 & 5E) p = [GCpf - GCpi] x qh x Area Carga interna = +0.58x 32.1 x240 = +4,468 lbs Carga en extremo = +0.79x 32.1 x57 = +1,445 lbs Cargas – Pared derecha (Zonas 6 & 6E) Carga interna = -0.11x32.1x240= -847 lbs Carga en extremo =-0.25x32.1x57=-457 lbs Fuerza longitudinal total aplicada a cada lado F = 4,468 + 1,445 + 847+ 457 = 7,217 lbs Tenga en cuenta que los arriostres para cargas de viento vería la mitad de esta fuerza ya que la mitad será transferida directamente a la fundación. 4) Casos de carga torsional ASCE 7-10 contiene una disposición para torsión tanto transversal como longitudinal que requiere ser comprobado con las siguientes tres excepciones: 1) Edificios de un piso con h menos de o igual a 30 pies 2) Edificios de dos pisos o menos enmarcado con light frame construction. 3) Los edificios de dos pisos o menos diseñados con diafragmas flexibles. Por lo tanto, si la altura del edificio, h, en este ejemplo no excede los 30 pies, los casos de carga de torsión no necesitan ser considerados.

Diseño Estructural de Naves Industriales metálicas

D. Elementos Secundarios (Componentes y Cladding) Presiones en diseño de muro- Ver table 1.3.4.6 (a) para (GCp-GCpi). Dado  es menor que 10º entonces se puede usar una reducción del 10%

ZONE ESQUINA (5) INTERIOR (4)

ZONE Todas las zonas

Presión succión con 10% de Reducción A>= 500 ft2 A= 500 ft2 A= 100 ft (GCp-GCpi) Presión de diseño (psf) -1.28 -41.09 -1.28 -41.09 -1.08 -34.67

A= 100 ft (GCp-GCpi) Presión de diseño (psf) +0.38 +12.20

A 36.8 kips.

Position the rods within the profile of the column with a 5 in. square pattern. Conservatively assume the tensile loads in the anchor rods generate one-way bending in the base plate about the web of the column or assume that two way bending occurs by considering bending of the base plate between flanges.

The vertical reinforcement in the pier at 1 percent would require the use of 4-#9 bars. If the provisions of ACI-318-02 Section 10.8.4 and 15.8.2.1 are applicable, 0.5 percent reinforcement ratio could be used

The shear breakout cone as viewed from the top of the pier is shown in the Figure 9.4.5.The shear breakout force is based on all shear on the back anchors. φVb = 10.4 1.125 0.004

2

0.85 2 0.004(20)(17.5) + 0.2(2)(60)(17.5) / 8

= 28.94 ksi o.k.

4.

2 f c′bw d

0.85 2 0.004

Solution:

3.

φVc / 2 = φ

c11.5

PDL= 22k PUPLIFT = 56k (Due To WL)

= 29.0 kips

with c1 − 12 in. V = 23k (Due To WL)

⎛ 7.5 ⎞ ψ 6 = ⎜ 0.7 + 0.3 = 0.82 1.5(12.5) ⎟⎠ ⎝ ∴ φVcbg

A 20 × 1.5 × 12 = φ Vb v ψ 6 = 29.0 0.82 = 13.21 kips 2 Avo 4.5 (12 )

2 Inch Grout Bed

Shear Lug Grouted Into Keyway In Pier

Anchor Rod

20 Inch Square Concrete Pier (f'c = 4000 psi)

< 1.6(23) The maximum shear of concrete pier without stirrups per ACI 318-02 is

Fig. 9.4.6 Example 9.4.3

DESIGN GUIDE 7 / INDUSTRIAL BUILDINGS—ROOFS TO ANCHOR RODS, 2ND EDITION / 37

which would permit use of 4-#7 bars. Tu = 1.6(56) − 0.9(22) = 69.8 kips which produces 17.5 kips per bar. A single Grade 60 #9 bar has a φNn = 0.9(60)(1.0) = 54.0 kips. The vertical rebar selected is a function of the pier height due to the tension from moment requirements at the base of the pier in addition to the uplift tension. Since there is a significant shear in this example, it may be prudent to place hooks at the top of the vertical reinforcing bars as illustrated in Figure 9.1.4. EXAMPLE 9.4.3: Design for Shear Lugs (Pinned Base) Design a shear lug detail for the W10×45 column considered in Example 9.4.2. See Figure 9.4.6. The anchor rods in this example will be designed only to transfer the net uplift from the column to the pier and the shear lug will be designed to transfer the entire shear load to the pier with the confinement component being ignored. The design for the anchor rods will be identical to that in Example 9.4.1 where 7/8 in. diameter anchor rods were selected. Therefore, calculations for the anchor rods are not included in this example. As shown, the anchor rods are positioned outside the column flanges to prevent interference with the lug detail. Procedure: 1.

Determine the required embedment for the lug into the concrete pier.

2.

Determine the appropriate thickness for the lug.

3.

Size the welds between the lug and the base plate.

9.3, the shear strength of the concrete in front of the lug is evaluated (in ultimate strength terms) as a uniform tensile stress of 4φ f c′ with φ = 0.75 acting on an effective stress area defined by projecting a 45° plane from the bearing edge of the shear lug to the free surface (the face of the pier). The bearing area of the lug is to be excluded from the projected area. Because this criterion is expressed in ultimate strength terms, the bearing strength of the concrete is also evaluated with an ultimate strength approach. The ultimate bearing strength of the concrete in contact with the lug is evaluated as 0.8f ′c AA as discussed in Section 9.3. Because the anchor rods were sized for just the required uplift tension the 1.2(Ny − Pa) term addressed in Section 9.3 will be small and thus is being ignored in this example. The factored shear load = (1.6)(23) = 36.8 kips. Equating this load to the bearing capacity of the concrete, the following relationship is obtained: (0.8)(4000)(AA)req’d. = 36,800 (AA) req’d. = 11.5 in.2 Assuming the base plate and shear lug width to be 9 in., the required embedded depth (d) of the lug (in the concrete) is calculated as: d = 115/9 = 1.28 in.

Use 1½ in.

See Figure 9.4.7.

Solution: 1.

Two criteria are used to determine the appropriate embedment for the lug. These criteria are the bearing strength of the concrete and the shear strength of the concrete in front of the lug. As discussed in Section

20" 9"

"a"

"a"

20 " 9.5 "

1 1 Shear Lug b

1 1/2" G = Grout Thickness

1

d

1 Shaded Area Represents Failure Plane

Fig. 9.4.7 Shear Lug Depth

Fig. 9.4.8 Lug Failure Plane

38 / DESIGN GUIDE 7 / INDUSTRIAL BUILDINGS—ROOFS TO ANCHOR RODS, 2ND EDITION

Using this embedment, the shear strength of the concrete in front of the lug is checked. The projected area of the failure plane at the face of the pier is shown in Figure 9.4.8. Assuming the lug is positioned in the middle of the pier and the lug is 1 in. thick, a b

= =

Req’d t = 1.25 in. Use a 1¼ in. thick lug (Fy = 36 ksi) Based on the discussion in Section 9.3 it is recommended to use base plate of 1¼ in. minimum thickness with this shear lug. 3.

5.5 in. in 20 in. wide pier 1.5 in. + 9.5 in. = 11.0 in.

The projected area of this plane (Av), excluding the area of the lug, is then calculated as: Av =

Consider 5/16 in. fillet welds,

(20)(11.0) −1.5(9) = 207 in.2

s = 1.25 + 0.3125(1/3)(2) = 1.46 in.

Using this area, the shear capacity of the concrete in front of the lug (Vu) is calculated as: Vu =

4φ f c′ Av

=

4(0.75) 4000(207) /1000

=

39.2 kips > 36.8 kips.

Most steel fabricators would rather use heavy fillet welds than partial or full penetration welds to attach the lug to the base plate. The forces on the welds are as shown in Figure 9.4.9.

63.3

fc =

(1.46 )(9 )

= 4.82 kips/in.

fv =

23 = 1.28 kips/in. (9)(2)

The resultant weld load (fr) is calculated as: o.k. fr =

With a shear lug, the concrete is capable of resisting the shear, as compared to Example 9.4.2, where the anchor rods needed to have their shear transferred to the top-of-pier tie reinforcement. 2.

= 4.99 kips/in.

For a 5/16 in. fillet weld using E70 electrode, the allowable load (fallow.) is calculated as:

Using working loads and a cantilever model for the lug, MA = =

(4.82 )2 + (1.28) 2

fallow. = =

V(G+d/2) 23(2+1.5/2) = 63.3 kip in.

0.3125(0.707)(21) 4.64 kips/in. < 4.99 kips/in.

Use 3/8 in. fillet welds

Note: G = 2 in. = thickness of grout bed.

9.5

For A36 steel

In some cases the designer may want to consider designing a column base that is neither pinned nor fixed. These may be cases where full fixity cannot be obtained, or where the designer wants to know the effect of partial fixity. The treatment of partial fixity is beyond the scope of this design guide; however, an excellent treatment of partial fixity can be found in the paper, Stiffness Design of Column Bases (Wald, 1998).

Fb =

0.75(36) = 27 ksi

MA =

27(9t2/6) = 40.5t2

fv

fv

Partial Base Fixity

10. SERVICEABILITY CRITERIA

fc

fc

s Fig. 9.4.9 Forces on Shear Lug Welds

The design of the lateral load envelope (in other words, the roof bracing and wall support system) must provide for the code-imposed loads, which establish the required strength of the structure. A second category of criteria establishes the serviceability limits of the design. These limits are rarely codified and are often selectively applied project by project based on the experience of the parties involved. In AISC Design Guide 3 (Fisher, 2003) several criteria are given for the control of building drift and wall deflection. These criteria, when used, should be presented to the

DESIGN GUIDE 7 / INDUSTRIAL BUILDINGS—ROOFS TO ANCHOR RODS, 2ND EDITION / 39

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5. EXAMPLE PROBLEM

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