DISEÑO DE CONEXIÓN A MOMENTO "PLACA ATORNILLADA EN LOS PATINES (BFP)":
* Identificacion de colores de la hoja electrónica: Celdas a llenar Resultados y conclusiones
1) Información de la sección y cargas en viga y columna: 1.1) Datos de la viga: Sección = Longitud = Fy =
W24X76 380.00 plg 50.00 50.00 ksi
(Tabla 2-3 Manual AISC 360-05)
Fu =
65.00 65.00 ksi
(Tabla 2-3 Manual AISC 360-05)
Ry =
1.10
(Tabla I-6.1 AISC 341-05 (ver pestaña "tablas y otros"))
Rt =
1.10
(Tabla I-6.1 AISC 341-05 (ver pestaña "tablas y otros"))
WDL =
0.35 kips/ft kips/ft
(Corte en el apoyo de la viga por carga muerta y sobrecarga muerta)
WLL =
0.22 kips/ft kips/ft
(Corte en el apoyo de la viga por carga viva)
SDS = E= tamaño viga = Peso viga = Ag = d= tw = bf = tf = bf /2tf = h/tw = Zx =
0.83 29,000.00 ksi 24.00 76.00 lbs/ft 22.40 22.40 plg2 plg2 23.90 pl plg 0.44 0.44 plg plg
(Parámetro de aceleración espectral, ver analisis de carga sismica)
8.99 8.99 plg plg 0.68 0.68 plg plg 6.61 49.00 200.00 200.00 plg3 plg3
1.2) Datos de la columna: s ec ec ci ci ón ón = Fy =
W 14 14 X1 X1 59 59 50.00 50.00 ksi
Fu =
65.00 65.00 ksi
Pu =
245.00 245.00 kips kips
Vc =
48.00 48.00 kips kips
Ry =
1.10 29,000.00 ksi 14.00 46.70 46.70 plg2 plg2
E = tamaño de columna = Ag = d= tw =
15.00 pl plg 0.75 0.75 plg plg
bf =
15.60 15.60 plg
tf =
(Tabla 2-3 manual AISC 360-05) (Carga axial máxima ) (Fuerza cortante en la columna (evaluar cortante de col. Superio e inferior a la viga y tomar el max.)) (Tabla I-6.1 AISC 341-05 (ver pestaña "tablas y otros"))
1.19 1.19 plg plg
bf /2tf =
6.54
h/tw =
15.30 287.00
Zx =
(Tabla 2-3 manual AISC 360-05)
1.3) Datos placas sobre los patines: tp = Acero = Fy =
1 4/8 4/8 plg plg A572 Gr Gr 50 50 50.00 50.00 ksi
Fu =
65.00 65.00 ksi
(espesor de la placa, se recomienda utilizar uno mayor al espesor del flange de la viga) (acero de la placa)
2) Revisar las condiciones que deben de cumplirse en la viga: 2.1) revisar que la viga sea sismicamene compacta:
SI CHEQUEA
Compacidad del flange: λpf = 0.30√(E/Fy) =
bf /2tf = Conclusión =
7.22 6.61 Flange sismicamente compacto
Compacidad del alma: λpw = 2.45√(E/Fy) =
h/tw = Conclusión =
59.00 49.00 Alma sismicamente compacta
2.2) El peralte esta limitado a W36 =
SI CHEQUEA
2.3) El peso esta limitado a 150 lbs/ft =
SI CHEQUEA
2.4) Espesor de flange de la viga ≤ 1 plg =
SI CHEQUEA
2.4) Relación (L/d) > 9 = L= d= L/d =
SI CHEQUEA 380.00 plg 23.90 plg 15.90
3) Revisar las condiciones que deben cumplirse en la columna: 3.1) revisar que la columna sea sismicamene compacta:
SI CHEQUEA
Compacidad del flange: λpf = 0.30√(E/Fy) =
bf /2tf = Conclusión = Compacidad del alma: Ca = Pu/(Φb*Py) = Pu = Φb =
Py = A g*Fy =
7.22 6.54 Flange sismicamente compacto
0.12 245.00 kips 0.90 2,335.00 kips
λpw1 = 3.14(√(E/Fy))*(1-1.54*Ca )=
62.04
λpw2 = 1.12(√(E/Fy))*(2.33-Ca )=
59.70
λpw3 = 1.49√(E/Fy) =
35.88
λpw final =
62.04
h/tw = Conclusión =
15.30 Alma sismicamente compacta
3.2)
La viga debe estar conectada a los patines =
SI CHEQUEA
3.3)
El peralte esta limitado a W36 =
SI CHEQUEA
Paso 1
Determinar el maximo momento probable en la articulación plástica "M pr":
(tabla I-8-1 (ver pestaña "tablas y otros"))
Mpr = Cpr*Ry*Fy*Ze =
1.15
Cpr = (Fy + Fu)/2Fy =
1.15
Ry =
Paso 2
12,650.00 kip*in
Cpr = (Fy + Fu)/2Fy ≤ 1.2 =
(AISC 358-05 2.4.3) (AISC 358-05 2.4.3)
1.10
(Ry de la viga)
Fy =
50.00 kips
Ze =
200.00 plg3
Calculo del diametro máximo de tornillos:
(Fy de la viga) (módulo plástico de la seccion de la viga)
(Esto para prevenir que el flange de la viga se rompa por tensión)
(para agujeros estandar con 2 tornillos por fila)
bf =
8.99 plg
(bf de la viga)
Ry =
1.10
(Ry de la viga)
Fy = Rt = db ≤
0.91 plg 1
(Fy de la viga) (Rt de la viga)
65.00 ksi plg
(Fu de la viga)
(Ingresar db a utilzar (ingresarlo en funcion del limite de arriba))
Determinar la resistencia nominal a corte por tornillo (chequear aplastamiento y corte):
rn = 1.1*Fnv*Ab =
65.18 kips
(Se estan utilizando tornillos A490 con rosca excluida)
Fnv =
(Esfuerzo nominal a corte en conex. Tipo aplastamiento, tabla J3.2 AISC 360-05)
Ab =
75.00 ksi 2 0.79 plg
rn = 2.4*Fub*db*tf =
106.08 kps
(Área nominal del tornillo)
Fub =
65.00 ksi
db =
1.00 plg
(Diametro nominal del tornillo)
tf =
0.68 plg
(Espesor flange de la viga)
rn = 2.4*Fup*db*tp =
Paso 4
1.10
Fu = db a utilizar =
Paso 3
50.00 ksi
(Fu de la viga)
234.00 kips
Fup =
65.00 ksi
db =
1.00 plg
(Diametro nominal del tornillo)
tp =
1.50 plg
(Espesor de la placa)
rn =
65.18 kips
Determinar el numero de tornillos a utilizar:
(Fu de la placa)
Mpr =
12,650.00 kips*plg
Φn =
0.90
rn =
65.18 23.90 1.50 10.61 14.00
d= tp = n≥ n utilizar =
(Factor de resistencia para estados limites no ductilies, AISC 358-05 2.4.1)
kips plg plg unidades unidades
(Peralte de la viga) (Espesor de la placa)
(Numero de tornillos redondeado al numero par proximo mayor (ingresarlo en funcion del limite de a rriba)
Chequeo: Longitud de la conexión no debe ser mayor al peralte de la viga: L conexión = ((n/2)-1)*s =
18.00 plg
s = espaciamiento pernos = 3*d b =
3.00 plg
Lconexion ≤ dviga
Paso 5
SI CHEQUEA
L conexión =
18.00 plg
dviga =
23.90 plg
1.88 plg
s= n= Sh =
3.00 plg 14.00 unidades 19.88 plg
Determinar el cortante en la articulación plástica: Lh = L - 2*S h = L= Sh = WDL =
340.25 plg 380.00 plg 19.88 0.35 kips/ft
SDS =
0.83
WLL=
0.22 kips/ft
Vcomb 1 = ((1.2+0.2SDS)D+0.5L)*Lh/2 =
8.34 kips
Vcomb2 = ((0.9-0.2SDS)D)*Lh/2 =
3.64 kips
Vucomb1 = (2(1.1RyMpr)/Lh)+V1 =
98.31 kips
Vucomb2 = (2(1.1RyMpr)/Lh)+V2 =
93.61 kips 98.31 kips
Vu =
Paso 7
(Espaciamiento minimo entre tornillos del capitulo J AISC 360-05)
(chequeo de la longitud de la conexión)
(Peralte de la viga)
Determinar la localizacion de la articulación plástica:
S1 = 3/8 + 1.5*d b =
Paso 6
(long. Entre el primer y el último tornillo)
Determinar el momento esperado en la cara de la columna M f :
Mf = Mpr + VRBS*Sh =
14,603.90 kips*in
Mpr =
12,650.00 kips*in
Vh = Vu =
98.31 kips
Sh =
19.88 plg
(Distancia entre la cara de la columna y la fila más cercana de tornillos (ver figura de la conexión)) (Espacio entre tornillos (ver figuara de la conexión))
Paso 8
Determinar la fuerza en cada patín debida a Mf :
Fpr =
574.96 Kips
Mf =
14,603.90 kips*plg 23.90 plg 1.50 plg
d= tp =
Paso 9
574.96 kips
Φn =
0.90
rn =
65.18
n≥ n asumido = Conslusión =
(Factor de resistencia para estados limites no ductilies, AISC 358-05 2.4.1)
9.80 unidades 14.00 unidades
(numero de pernos tornillos como minimo) (numero de tornillos asumidos en el paso 4)
Si chequea No. De tornillos
Revisar el espesor de la placa del flange:
Fpr = Φd =
574.96 kips 1.00
(Factor de resistencia para estados limites ductilies, AISC 358-05 2.4.1)
Fy =
50.00 ksi
bfp =
8.99 plg
(Ancho de la placa, utilizar el ancho del flange de la viga)
tp ≥
1.28 plg 1.50 plg
(Espesor minimo de las placas)
tp asumido = Conclusion =
Paso 11
(Espesor de la placa del flange)
Revisar si el número de tornillos es adecuado:
Fpr =
Paso 10
(Peralte de la viga)
SI CHEQUEA tp
Chequear la ruptura por tensión en la placa del flange:
Rn esta definido según sección J4.1, AISC 360-05: a) Fluencia en tensión de la placa: Rn = F y*Ag =
674.25
Kips
(Fy de la placa)
(Espesor asumido al inicio de la hoja)
Fy =
50.00
Ag =
13.49
b) Fractura en tension en la placa: Rn = Fu*Ae =
657.15
kips
Fu =
65.00
(Fu de la placa)
Ae =
10.11
ksi plg2
Fpr ≤
591.44
Kips
(limite del valor Fpr, éste debe ser chuequeado con el que nos da el paso 8)
Φn =
0.90
Rn = min(Fy*Ag , Fu*Ae) =
657.15
Kips
Fpr =
574.96
Kips
Relación (D/C) = Conclusión =
Paso 12
ksi plg2
(Fy de la placa) (Área transversal de la placa)
(Área neta efectiva de la placa)
(viene del paso 8, éste debe ser comparado con el límite de ar riba)
97.21 % Si chequea ruputura por tensión
Chequear la ruputura por bloque de corte en el flange de la viga:
Rn esta definido según sección J4.3, AISC 360-05: Rn = 0.6*Fu*Anv + Ubs*Fu*Ant =
685.98 kips
Fu =
65.00 ksi 2 13.77 plg
Anv = Ubs =
1.00
Ant =
2 2.29 plg
valor limite = 0.6*F y*Agv + Ubs*Fu*Ant =
883.35 kips
Fy =
50.00 ksi 2 24.48 plg
Agv = Ubs = Fu =
65.00 ksi 2 2.29 plg
Fpr ≤
617.39 Kips
Paso 13:
0.90
Rn =
685.98 Kips
Fpr =
574.96 Kips
Relación (D/C) = Conclusión =
Chequear el pandeo por compresión en las placas:
Rn esta definido según sección J4.4, AISC 360-05:
(Área neta solicitada a corte, 2 planos a corte)
(Área neta solicitada a tracción, 2 planos a tracción)
(Área bruta solicitada a corte, 2 planos a corte)
1.00
Ant =
Φn =
(Fu de la viga)
93.13 % Si chequea bloque de corte
(Área neta solicitada a tracción, 2 planos a corte)
(Factor de resistencia para estados limites no ductilies, AISC 358-05 2.4.1)
(viene del paso 8, éste debe ser comparado con el límite de ar riba)
KL/r = KL = 0.65*S 1 = r = √(I/A) = conclusión de KL/r =
Usar Rn = Fy*Ag
Rn = Fy =
674.25 Kips 50.00 ksi
Ag =
13.49 plg2
Fpr ≤ Φn =
606.83 kips 0.90
Rn =
674.25 kips
Fpr =
574.96 Kips
Relación (D/C) = Conclusión = Agmin = Fpr/(Φn*Fy) =
(Factor de resistencia para estados limites no ductilies, AISC 358-05 2.4.1)
(viene del paso 8, éste debe ser comparado con el límite de ar riba)
94.75 % No hay pandeo por compresion 2 12.78 plg
tmin = Agmin/bf =
1.42 plg
(bf de la viga)
tp asumido =
1.50 plg
(espesor de la placa asumido al inicio de la hoja)
Conclusión =
Paso 14
2.81 1.22 plg 0.43 plg
Si chequea tp
Determinar la resistencia requerida a corte de la conexión alma de la viga-columna:
Mpr =
12,650.00 kips*in
L´= Lh =
340.25 plg
Vgravity = 1.2V D+VL+0.2VS =
98.31 kips
Vu =
172.67 kips
Vu = Φv*Vn =
315.48 kips
Capacidad a corte de la sección: Φv =
Vn = 0.6*Fy*Aw*Cv = Fy =
1.00 315.48 kips 50.00 ksi
Aw = d*t w =
10.52 plg2
Cv=
1.00 plg2
hallando C v y Φv : h/tw =
49.00 plg
2.24*√(E/Fy) =
53.95
Cv =
1.00
Φv =
1.00
Relacion (D/C) =
54.73 %
(nuevo chequeo del espesor de la placa)
Conclusión =
Paso 15
El alma de la viga si chequea a corte
Diseñar una conexión de placa simple a corte, para el cortante anterior: kdes =
1.18 in
Lmax de la placa = d-(2*b f )-(2*kdes) =
20.18 in
Dimensionamiento de los tornillos (ASTM A490): pernos de diámetro = Ru = Φ*Fnv*Ab = Fnv =
7/8 i n 33.75 kips 0.75 75.00 ksi
Ab =
0.60 plg2
Φ=
cantidad de tornillos = V u/Ru =
6.00 unidades
espaciamiento = 3*d b =
2.63 in
Longitud de la conexión =
15.75 in
Longitud de la conexión < Lmax de la placa = Ru = Conclusión = Relación (D/C) =
Long conex OK 202.50 kips Conexión OK 85.27 %
Dimensionamiento de la placa : Acero de la placa = tplaca = Long. De la placa = Fluencia por corte = Φ*Rn = Φ*0.6*Fy*Ag = Φ=
Fy = Ag = Ruptura = Φ*Rn = Φ*0.6*Fu*Anv =
A572 Gr 50 6 /8 i n 15.75 in 354.38 kips 1.00 50.00 ksi 2 11.81 in
Anv =
213.89 kips 0.75 65.00 ksi 2 7.31 in
Ru = Φ*Rn =
213.89 kips
Φ=
Fu =
Conclusión = Relación (D/C) =
Si chequea la placa 80.73 %
Diseño de la soldadura de filete: Ru = Φ*Rn = Φ*F w*Aw = Φ=
Fw = 0.6*F EXX = Fexx = Aw = te*L = (0.707*(D/16)*L =
175.38 kips 0.75 42.00 ksi 70.00 ksi 2 5.57 in
D (dimension de la soldadura) =
4 /16
L = 2Long. conexión =
31.50 in 2
Conclusión = Relación (D/C) =
Paso 16
Si chequea la soldadura 98.45 %
Requisitos de placas de continuidad: tcf =
1.19 plg
No se requieren si el espesor del patin de la columna cumple con:
Revision de primer valor de tcf: tcf1 = 1.33
SI REQUIEREN PLACAS DE CONT.
Revision de segundo valor de tcf = tcf2 = 1.50
SI REQUIEREN PLACAS DE CONT. Conclusión =
SI REQUIERE PLACAS DE CONT. 0.68 plg
Espesor de placas
Paso 17
Revisión de la capacidad de la zona del panel: Hallando resistencia de la zona del panel: vu =
172.67 Kips
R v 0 .6 F y d c t p 1
3bcf t cf 2 d bd c t p
RV =
418.44 kips
Fy =
50.00 ksi
dc =
15.00 plg
tp = twC =
0.75 plg
bcf =
15.60 plg
tcf =
1.19 plg
db =
23.90 plg
Ru = Φv*Rv =
418.44 kps
Φv =
Relación (D/C) =
1.00 41.26 %
Conclusión =
Paso 18
No se requieren placas dobles
Revisión de la relación viga-columna (columna fuerte - viga débil):
Σ Mpc = Σ (Z c((Fy - (Pu/Ag)) =
Fy =
25,688.65 kips*in
Zc =
50.00 ksi 3 287.00 in
Pu =
245.00 kips
Ag = Σ Mpb = Σ Mpc/ΣMpb =
Conclusión =
46.70 25,300.00 kips*in 1.02 si chequea -viga debil OK
