Diplomado en Ingeniería Estructural Mexico DF Agosto 2009
Diseño de Conexiones Column Flange Support, Bolted Flange Plates ANSI / AISC 360-05 ; FEMA FEMA 350 Elaborado por. Ing. Eliud Hernández Dealerr CS I - Ven Deale Venezu ezuel ela a Vicepresidente INESA. 58-412-2390553
Car aracas, acas, J uli ulio o 2009 2009
Especial colaboración del TSU Héctor A. Díaz C.
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP 1.- Datos Datos generales: 1.1.- Propiedades y dimesiones de la viga: - Tipo de viga:
IPE-330 d= bfb = tfb = twb = Sx = Zx =
330 330 mm 160 160 mm 11.5 11.5 mm 7.5 mm 713 cm 763 cm
Fyb = F ub =
2530 Kg/cm2 4080 Kg/cm2
Altura de la viga: Ancho de la viga: Espesor del ala: Espesor Es pesor del alma: alma: Modulo de sección elastico: Modulo de sección plástico: - Tipo de acero:
ASTM - A 36
E sfuerzo de fluencia del acero: E sfuerzo último del acero:
1.2.- Propiedades y dimesiones de la columna: - Tipo de columna:
HEB-320 dc = bfc = tfc = twc =
Altura de la columna: Ancho de la columna: Espesor del ala: Espesor Es pesor del alma: alma: - Tipo de acero:
320 320 mm 300 300 mm 20.5 20.5 mm 11.5 11.5 mm
ASTM - A 36
E sfuerzo de cedencia del acero: E sfuerzo último del acero:
Fyc = F uc =
2530 Kg/cm2 4080 Kg/cm2
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP 1.3.1.3.- Propiedades Propiedades y dimesiones de las planchas y pernos de c onexión: - Planchas de ala:
Número de pernos, nbw =
Ancho de la plancha: Gramil: Separación entre pernos: Distancia al borde de la plancha: Distancia al borde de la viga: Espacio libre entre viga y columna: Longitud de la plancha: - Tipo de acero p ara las planchas:
Esfuerzo de cedencia del acero: Esfuerzo último del acero: - Tipo de acero para los pernos:
Capacidad nominal a tracción: Capacidad nominal a corte:
bpf = gf = Sf = Le = L'e= L'e = e= Lpf =
12
- Plancha de alma:
mm mm mm mm mm mm 440 mm 220 80 65 50 50 15
Espesor de la plancha: Número de columnas de pernos: Separación vertical entre pernos: Separación horizontal entre pernos: Distancia a bordes superior e inferior: Distancia a bordes laterales: Altura de la plancha:
ASTM - A 36 Fyp = 2530 Kg/cm2 Fup = 4080 Kg/cm2 A 490 (CR) Ft = Fv =
2
7940 Kg/cm 4220 Kg/cm2
1.4.- Propiedades de la soldadura: - Tipo de electrodo:
E 70XX
Resistencia límite a tracción:
Número de pernos, nbw =
FEXX = 4920 Kg/cm2
( Rosca incluida en los planos de corte )
tpw = nc = Swv = Swh = LeS = LeL = hpw =
3 10 mm 1 60 0 40 40
mm mm mm mm 200 200 mm
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP 2.- Cálculo del momento de diseño para la conexión 2.1.- Momento máximo probable en la rotula plastica de la viga, ( FEMA-350, Sec. 3.2.4 )
M pe C pr R y F yb Z x C pr
F yb F ub 2 F yb
Ry = 1.5 1.5
1 .2 C pr
( FEMA-350, Ec. 3-1)
1.31
(Ver tabla I-6-1 de AISC 341-05) 341-05)
1.20
( F EMA-350, E c. 3-2)
Mpe = 34736 Kg-m
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP 2.2.2.2.- Fuerza cortan te en la ro tul a plasti ca, ( FEMA-350, FEMA-350, Sec. Sec. 3.2.5 ) - Cortante debido a fu erzas erzas gravitacioanles:
Kg / m Kg / m Kg / m
CP = 2500 PP = 49.10 1800 CV W=
f1
0.5
3958.92 Kg / m
Distancia entre columnas: Longitud de la plancha:
S h LP
L = 6.00 m Lp = 0.440 m
0.44 m
Distancia entre entre Rotulas:
V gravity
W L 2
L' = 4.80 m
9501 Kg
- Cortante en las rotulas plasticas:
Vu
2 M pe
L '
V gravity
23975 23975 Kg Kg
Diagrama de cuerpo libre entre rotulas plásticas
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP 2.3.2.3.- Momento m áximo p robabl e a la cara de la column a y moment o de Cedencia, ( FEMA-350, FEMA-350, Sec. Sec. 3.2.6 3.2.6 y Sec. 3.2.7 3.2.7 )
M f M pe V u S h
45285 45285 Kg-m K g-m
C y
M yf C y M f
1 0.78 Z x
C pr
M yf
35276 35276 Kg-m K g-m
( F EMA-350, E c. 3-3 y E c. 3-4)
S x
3.- Mínimo Mínimo espesor requerido para las planchas de ala, ( FEMA 350, 350, Sec. Sec. 3.6.3.1 3.6.3.1 )
d t pf .req .
d 2
4 .4 M yf
F yp b p
2
Esp Espesor de plancha tentativo:
t pf = 25 mm
23 mm
( FE MA-350, Ec. 3-41 )
4.- Diseño Diseño de lo s pern os de uni ón, ( FEMA 350, 350, Sec. 3.6.3.1 3.6.3.1 ) Pernos seleccionados seleccionados = Diámetro de los pernos = Diámetro de los agujeros agujeros =
M fail bolts
M fail bolts nbf Ab F v d LTF 1
3/4
d b 19.1 mm
LTF 1
d a 20.6 mm
52051 52051 Kg-m K g-m
>
L d c
L d c 2 Le e S f nbf / 2 1
1 .2 M yf 42331 Kg-m
OK
( FE MA-350, Ec. 3-43 )
1.09
( FEMA-350, Ec. 3-44 )
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP 5.- Chequeo Chequeo de l a resist encia a la t racci ón de l a planch a de ala, ( AISC AISC 360-05 360-05,, Sec. J4, Part. 1 ) 5.1.5.1.- Fluencia por t racción:
Rn F yp Ag F fu 1 . 2 M yf / d t p f 119242 Kg
Rn
139150 Kg
>
119242 Kg
Para Ф = 1
( AISC 360-05, Ec. J 4-1)
OK
5.2.5.2.- Rotura por tracción :
Rn
F up An
F fu
1 .2 M yf /
0 .85 Ag min An min t pf b p 2 d a
R n
164138 Kg
d t pf An
>
119242 Kg
Para Ф = 0.9
2
44.7 cm
119242 Kg
OK
( AISC 360-05, Ec. J 44-2)
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP 6.- Chequeo Chequeo de l a resist encia al apl astamiento y al desgarr amiento, ( AISC 360-05 360-05,, Sec. J3, Part. Part. 10, Ec. J3-a )
F fu n R n n ni r ni n n o r no
Para Ф = 0.9 0.9
(n i ) = Número de de pernos internos internos = 10 (n o ) = Número de de pernos externos externos = 2
Resistencia al aplastamiento:
2 .4 d bt pf F up
46757 Kg
Desgarramiento por los pernos externos:
Lc Le
d a 2
39.70 mm
r no 1 .2 L c t p F up
48593 48593 Kg Kg
>
46757 Kg
( Controla el aplastamiento )
>
46757 Kg
( Controla el aplastamiento )
Desgarramiento por los pernos internos:
Lc S f d a
44.40 mm
r no 1 .2 Lc t p f F u p F fu 119242
Kg
54346 Kg <
n Rn
504973 Kg
OK
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP Ala de la viga:
2.4 d b t fb F ub
Resistencia al aplastamiento:
21508 Kg
Desgarramiento por los pernos externos:
Lc Le
d a
39.70 mm
2 r no 1 .2 Lc t fb F ub
22353 22353 Kg Kg
>
21508 21508 Kg Kg
( Controla el aplastamiento )
>
21508 Kg
( Controla el aplastamiento )
Desgarramiento por los pernos internos:
Lc S f d a
44.40 mm
r ni 1.2 Lc t fb F ub
F fu
119242 Kg
24999 Kg <
n R n
232288 Kg
OK
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP 7.- Chequeo Chequeo de l a resist encia po r bl oque de c ort e en la planch a y el ala de la vi ga, ( AISC 360360-05, 05, Sec. Sec. J4, Part. 3 ) 7.1.7.1.- Plancha de ala:
0.6 F up An v F up Ant Rn m in 0.6 F yp Agv F u p Ant
Para Ф = 1
( AISC 360-05, E c. J 4-5)
F fu R n
- Modo de fall a 1:
Agv 2t pf L pf Le
187.50 cm2
nbf
Anv 2t fb L pf Le d a
Ant t pf g f d a Rn
345213
Kg
2
1
130.85 2
2
cm
14.85 cm2
F fu
>
119242 Kg
OK
OK
- Modo de fall a 2:
Agv 2t p f L p f Le
187.50 cm2
nbf
2
1
Anv 2t fb L pf Le d a
Ant t pf b p g f d a
29.85 cm2
Rn
F fu
406413
Kg
>
130.85 2
119242 Kg
cm2
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP 7.2.7.2.- Ala de la vi ga:
0.6 F ub Anv F ub Ant Rn m in 0.6 F yb Ag v F ub Ant
Para Ф = 1
F fu R n
1 Le 2
nbf
nbf
Agv 2t fb S f
86.25 cm2
n 1 1 Le d a bf 2 2 2
Anv 2t fb S f
Ant t fb b fb g f d a R n
( AIS C 360-05, E c. J 4-5)
158798
>
Kg
F fu
60.191 cm2
6.831 cm2
119242 Kg
1840
OK
8.- Diseño Diseño d e la planch a de ala com prim ida, ( AISC 360-0 360-05, 5, Sec. Sec. J4, Part. 4 )
Pn F fu 1.2 M yf / d t pf r Pn
t pf
12
0.72 cm
139150 Kg
Kl r >
Para Ф = 1
119241.58 Kg
5.85
para
F fu 119242 Kg
Kl r
25
Pn F yp Ag OK
( AIS C 360-05, E c. J 4-5)
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP 9.- Diseño de la planch a de alma y los pernos d e unión: 9.1.9.1.- Cortante a la cara de la col umna o c ort ante de dis eño, ( FEMA 350, 350, Sec. Sec. 3.6.3.1 3.6.3.1 )
V gravity
W L b fc 2
V wep
11283 11283 Kg Kg
2 M f
L b fc
V gravity
27172 Kg
( FEMA-350, Ec. 3-52 )
9.2.9.2.- Diseño a co rte de l os p ernos, ( AISC 360-05, 360-05, Sec. Sec. J3, Part. 6 )
Para Ф = 0.9 0.9
d b.req
4V web
F v nbw
17.43 mm
3/4 P ernos ernos seleccionado seleccionados s = Diámetro de los pernos = d b Diámetro Diámetro de los agujeros = d a
19.1 mm 20.6 mm
9.3.9.3.- Fluenci a por c orte en la planch a, ( AISC 360-05, 360-05, Sec. Sec. J4, Part. 2 )
Rn 0.60 F yp Ag V wep Rn
30360 Kg
>
Para Ф = 1 27172 Kg
( AISC 360-05, E c. J 4-3)
OK
9.4.9.4.- Rotura p or c ort e en la planc ha, ( AISC 360-0 360-05, 5, Sec. J4, Part. Part. 2 )
Rn 0.60 F up Anv V wep
n pw n c
Anv t pw h p d a
Rn
30448 Kg
>
Para Ф = 0.9 13.82 cm2
27172 Kg
OK
( AISC 360-05, E c. J 44-4)
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP 9.5.9.5.- Chequeo de la r esistenc ia al aplast amiento y desgar ramient o, ( AISC 360-0 360-05, 5, Sec. J3, Part. Part. 10, Ec. J3-a )
V web n Rn n ni r ni n no r no (n i ) = Número de de pernos internos internos =
Para Ф = 0.9 0.9
(n o ) = Número de de pernos externos externos = 1
2
- Plancha de alma:
Resistencia al aplastamiento:
2.4 d bt pw F up
18703 Kg
Desgarramiento por los pernos externos:
d a 29.70 mm 2 r no 1 .2 Lc t pw F up
Lc Ls
14541 Kg
18703 Kg
( Controla el desgarramiento )
Desgarramiento por los pernos internos:
Lc S wv d a 39.40 mm
r ni 1.2 Lc t pw F up V web
14541 Kg
18703 Kg
n Rn
27172 Kg
39261 Kg
OK
- Alma de la viga:
P or inspección, controla co ntrola el plastamiento para los pernos externos, por lo tanto:
r no 2 .4d bt wb F ub
14027.04 Kg
Desgarramiento por los pernos internos:
Lc S wv d a
39.4 mm
r ni 1.2 Lct wb F ub V web
27172 Kg
14468 Kg <
<
14027 Kg
( Controla el aplastamiento )
n Rn
37873 Kg
OK
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP 9.6.9.6.- Falla por bloq ue de cor te en la pl ancha, ( AISC 360-05, 360-05, Sec. J4, Part. Part. 3 )
0.6 F up An v F up Ant Rn m in 0.6 F yp Agv F u p Ant Ag v t pw h p w Les
Anv t wp h pw Les d a
Ant t pw Le l R n
nc
d a 2
36406
1
10.85 2
2
cm
2.97 cm2
>
Kg
V web Rn
16.00 cm2
nbw
Para Ф = 1
V web 27172 Kg
OK
9.7.- Diseño de la soldadura: 2 F w 0 ,75 0,60 F EXX 2214 Kg/cm
Resistencia al corte de la soldadura:
Para la plancha de alma, se usará soldadura de filete a ambos lados para resisir el corte de diseño Vweb:
D
V web 2 F w h pw
4.34 mm
Por tanto, se usará soldadura de filete a ambos lados con un espesor de:
D =5 mm
( AISC 360-05, E c. J 4-5)
