Diseño Sismo-Resistente en Acero

Diseño Sismo-Resistente en Acero Normas y Códigos de Diseño de Estructuras de Acero  ANSI/AISC 360-05 “Specification for Structural Steel Buildings”  ANSI/AISC 341-05 “Seismic Provisions for Structural Steel Buildings”  ANSI/AISC 358-05 “Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications”  AISC LRFD-99 “Load Resistance Factor Design”  AISC ASD-01 “Allowable Stress Design”  AISC – Steel Design Guide (Second Edition)

Diseño Sismo-Resistente en Acero Normas y Códigos de Diseño de Estructuras de Acero



FEMA 350 Recommended Seismic Design Criteria for New Steel MomentFrame Buildings



FEMA 351 Recommended Seismic Evaluation and Upgrade Criteria for Existing Welded Steel Moment-Frame Buildings



FEMA 352 Recommended Postearthquake Evaluation and Repair Criteria for Welded Steel Moment-Frame Buildings



FEMA 353 Recommended Specifications and Quality Assurance Guidelines for Steel Moment-Frame Construction for Seismic Applications

Diseño Sismo-Resistente en Acero Filosofia del Diseño Estructural Sismo-resistente



Establecer un Diseño Por Capacidad: Limitar Mecanismos Frágiles y Propiciar Mecanismos Ductiles.



Elegir y establecer el patron de falla adecuado de los elementos “Fusibles” que entrarán en cedencia durante un evento sísmico.



Los elementos “Fusibles” deben ser capaces de desarrollar incursiones inelásticas significativas y de disipar energía durante un evento sísmico.



Diseñar el resto de los elementos del sistema resistente a sismo con la condición de que permanezcan en el rango elástico al presentarse las fallas ductiles (Rótulas plásticas) esperadas en los “Fusibles”.



Las Conexiones de los elementos “Fusibles” deben ser diseñadas en función a la capacidad inelástica esperada de los mismos.



Las conexiones del resto de los elementos del sistema resistente a sismo deben ser diseñadas para las fuerzas que se producen al presentarse las fallas ductiles (Rótulas plásticas) esperadas en los “Fusibles”

Diseño Sismo-Resistente en Acero Casos y Combinaciones de Carga (1) 1.4 CP (2) 1.2 CP + 1.6 CV + 0.5 CVt (3) 1.2 CP + 1.6 CVt + 0.5 CV (4) 1.2 CP + 0.5 CV + 1.0 Eb

Combinaciones para el Diseño de los Elementos Fusibles.

(5) 0.9 CP + 1.0 Eb (6) 1.2 CP + 0.5 CV + 1.0 Ea (7) 0.9 CP + 1.0 Ea

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

CP : Carga Permanente CV: Carga Variable CVt: Carga Variable de Techo Eb: Acción sísmica Básica Ea: Acción Sísmica Amplificada

Casos de Carga

Diseño Sismo-Resistente en Acero Acción Sísmica E

Eb = ρ QE  0.2 SDS CP Ea = Ωo QE  0.2 SDS CP

Efecto de Fuerzas Horizontales

QE

Efecto de Fuerzas Verticales

= Carga Sísmica Horizontal

SDS = Aceleración del espectro de diseño para períodos cortos CP

= Carga Permanente.

ρ

= reliability factor que varia de 1.00 a 1.50 (Depende de la Redundacia estructural “Hiperestaticidad”)

Ωo

= Factor de Sobre-resistencia Sísmica (Depende del Sistema Estructural)

Diseño Sismo-Resistente en Acero Acción Sísmica en Combinaciones de Carga Para la Combinación (4): 1.2 CP + 0.5 CV + 1.0 Eb Se tiene que: Eb = ρ QE + 0.2 SDS CP

(1.2 + 0.2 SDS) CP + 0.5 CV + 1.0 ρ QE Para la Combinación (5): 0.9 CP + 1.0 Eb Se tiene que: Eb = ρ QE - 0.2 SDS CP

(0.9 - 0.2 SDS) CP + 1.0 ρ QE

Diseño Sismo-Resistente en Acero Acción Sísmica en Combinaciones de Carga Para la Combinación (6): 1.2 CP + 0.5 CV + 1.0 Ea Se tiene que: Ea = Ωo QE + 0.2 SDS CP

(1.2 + 0.2 SDS) CP + 0.5 CV + 1.0 Ωo QE Para la Combinación (7): 0.9 CP + 1.0 Ea Se tiene que: Ea = Ωo QE - 0.2 SDS CP

(0.9 - 0.2 SDS) CP + 1.0 Ωo QE

Diseño Sismo-Resistente en Acero Factor de Amplificación Sísmica Tipos de Sistema

Ωo

Moment Resistance Frames (SMF, IMF, OMF)

3

Special Truss Moment Frames (STMF)

2

Concentrically Braced Frames (SCBF, OCBF)

2

Eccentrically Braced Frames (EBF)

2

Special Plate Shear Walls (SPSW)

2

Buckling Restrained Braced Frames (BRBF) Conexiones Viga-Columna resistentes a Momentos  Conexiones Viga-Columna No resistentes a Momentos

2.5 2

Diseño Sismo-Resistente en Acero Carga Sísmica Amplificada

Ωo Qe

Qe

Desplazamiento Lateral de la Estructura

La Carga Sísmica Amplificada, ΩoQe, se utiliza para estimar las fuerzas que ocurren en cada uno de los elementos que conforman el sistema resistente a sismo, para cuando los “fusibles” de la estructura incursionan en el rango inelástico

Diseño Sismo-Resistente en Acero Acero Estructural

Ry

Rt

Hot-Rolled Shapes and Bars: ASTM A36

1.5

1.2

ASTM A572 Gr 42

1.1

1.1

ASTM A992; A572 Gr 50 or Gr 55; ASTM A913 Gr 50, 60 or 65; ASTM A588; A1011 HSLAS Gr 50

1.1

1.1

ASTM A529 Gr 50

1.2

1.2

ASTM A529 Gr 55

1.1

1.2

ASTM A500 Gr B or Gr C; ASTM A501

1.4

1.3

ASTM A53

1.6

1.2

ASTM A36

1.3

1.2

ASTM A572 Gr50; ASTM A588

1.1

1.2

Hollow Structural Sections (HSS):

Pipe:

Plates:

Diseño Sismo-Resistente en Acero Factores de Sobre-resistencia Ry: Factor Mínimo de Sobre-resistencia Cedente Rt : Factor Mínimo de Sobre-resistencia Ultima

Esfuerzos Esperados Esfuerzo Cedente Esperado

= Ry F y

Esfuerzo Ultimo Esperado

= Rt F u

Los esfuerzos esperados (Rt Fu) y (Ry Fy) son utilizados para establecer las fuerzas de diseño de las conexiones del sistema resistente a sismos.

Diseño Sismo-Resistente en Acero 1.- Porticos Resistentes a Momentos (MRF) 1.1 Caracteristicas. • Sistema de Vigas y Columnas con conexiones resistentes a momentos. • Comportamiento a flexión y corte en Vigas y Columnas.

Diseño Sismo-Resistente en Acero 1.- Porticos Resistentes a Momentos (MRF) 1.2 Respuesta Estructural ante Sismos.

M

V

Diseño Sismo-Resistente en Acero 1.- Porticos Resistentes a Momentos (MRF) Posible Ubicación de Rótulas Plasticas

1.3 Desempeño Estructural.

Zona del Panel (Cedencia por Corte)

• Sistema capaces de desarrollar ductilidad, disipación de Energía e incursiones inelásticas significativas. • Sistemas con muy poca rigidez elástica.

Columna (Cedencia por Flexion y Fuerza Axial)

• Los mecanismos que pueden presentarse son: Cedencia por Flexión en las Vigas. Cedencia por Corte en la Zona del panel. Cedencia por Flexión y Fuerza Axial en Columnas.

Viga (Cedencia por Flexión)

Diseño Sismo-Resistente en Acero 1.- Porticos Resistentes a Momentos (MRF) • Para lograr una buena ductilidad y disipación de energía es necesario que se presente el mecanismo de rótulas plásticas por flexión en Vigas.

• De presentarse rótulas plásticas en columnas podria generarse un entrepiso débil y con ello provocar el colapso de la estructura.



h

Rótulas Plásticas

L

Diseño Sismo-Resistente en Acero 1.- Porticos Resistentes a Momentos (MRF) 1.4 Clasificación según su nivel de Desempeño sismorresistente.

 1.4.1 Special Moment Frames (SMF). Pórticos Especiales a Momento. • Sistemas capaces de desarrollar incursiones inelásticas Significativas, de manera estable.

 1.4.2 Intermediate Moment Frames (IMF). Pórticos Intermedios a Momento. • Sistemas capaces de desarrollar incursiones inelásticas Moderadas, de manera estable.

 1.4.3 Ordinary Moment Frames (OMF). Pórticos Intermedios a Momento. • Sistemas con una capacidad inelástica muy Limitada. Su desempeño esta basado en el rango elástico.

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) a) Limitaciones en Vigas. (9.4 AISC Seismic Provisions ) a.1) Relación Ancho-Espesor: Las secciones deben ser Compactas Sísmicas (ps), a fin de limitar el pandeo local.

Alas de Vigas

Alma de Vigas

bf E  0.30 s 2tf Fy

h Es ≤2.45 tw Fy

a.2) Alas de Vigas: No se permite alterar las alas de las vigas en la zona de rótulas plásticas, a menos que se demuestre a través de ensayos calificados que la misma puede lograr en dicha región incursiones inelásticas estables.

bf

tf h tw

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) b) Limitaciones en Columnas. (9.4 AISC Seismic Provisions ) b.1) Relación Ancho-Espesor: Las secciones deben ser Compactas Sísmicas (ps), a fin de limitar el pandeo local.

bf

bf Es ≤ 0 . 30 Alas de Columnas 2 tf Fy

tf

Alma de Columnas Pu ≤0.125  Py Pu  0.125  Py

h

h Es  Pu  ≤3.14 1 1.54  tw Fy   Py 

h E  P  E  1.12 s 2.33  u   1.49 s tw Fy   Py  Fy

tw

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) c) Arriostramiento Lateral de Vigas (9.8 AISC Seismic Provisions ) Las Alas de las Vigas del sistema resistente a sismos deben estar debidamente arriostradas lateralmente para controlar el pandeo lateral torsional de las mismas.

E Lb  0.086  F  y

 r y  

Lb = Distancia entre arriostramientos laterales ry = Radio de Giro Menor Pandeo Lateral Torsional

Arriostramientos Laterales

Lb

Lb

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF)

Lb

Viga del Sistema Resistente a Sismos (SMF)

Arriostramiento Lateral

Ambas Alas Soportadas Lateralmente

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) d) Planchas de Continuidad (9.5 AISC Seismic Provisions ) d.1) En las Uniones Viga-Columna deben incorporarse planchas de continuidad de conformidad a las conexiones precalificadas utilizadas y siguiendo los parámetros mínimos que se describen a continuación:

tcp

tcp tbf

tbf-1

tbf-2

tcp ≥ 1/2  tbf

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

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) d) Planchas de Continuidad (9.5 AISC Seismic Provisions ) d.2) Podrian Omitirse las Planchas de Continuidad si se presentan las siguientes condiciones: .- Si al Realizar el Análisis y Diseño de la Conexión Precalificada, no son requeridas las planchas de continuidad para las fuerzas concentradas en la Columna debido a los Momentos Máximos probables provenientes de las vigas. .- Si se cumple que:

t cf  0.4 1.8 bbf t bf

RybFyb Ryc Fyc

bbf t cf  6

tcf

= Espesor del Ala de la Columna Ryb = Factor de sobre-resistencia en Vigas

bbf

= Ancho del Ala de la Viga

tbf

= Espesor del Ala de la Viga

Ryc = Factor de sobre-resistencia en Columnas

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) e) Relación de Momentos Columna-Viga (9.6 AISC Seismic Provisions ) e.1) Para establecer un Criterio Columna Fuerte – Viga Débil, debe cumplirse en cada junta la Relación de Momentos presentada, salvo algunas excepciones. * M  pc

M

* pb

 1.0

De no cumplirse la relación de momentos presentada podria generarse un Mecanismo de colapso de piso al desarrollarse rótulas plásticas en columnas del mismo nivel.

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) e) Relación de Momentos Columna-Viga (9.6 AISC Seismic Provisions ) e.2) Definición de Momentos Máximos Probables en Vigas y Columnas.

M

* pc

 Sumatoria de las resistencias teóricas a flexión plástica de las

* M  pb 

columnas incluyendo la reducción de la carga axial mayorada, ubicadas en los extremos (superior e inferior) de las conexiones a momentos de las vigas, proyectadas sobre en el punto de intersección de los ejes baricéntricos de vigas y columnas que concurren al nodo.

Sumatoria de las resistencias esperadas a flexión ubicadas en las rótulas plásticas de las vigas, proyectadas sobre el punto de intersección de los ejes baricéntricos de las vigas y las columnas que concurren al nodo.

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) e.3) Momentos de Vigas y Columnas en el punto de Intersección de sus ejes baricéntricos. ∑M*pc = M*pc-Superior + M*pc-Inferior

C L

Columna

∑M*pb = M*pb-Izquierda + M*pb-Derecha

M*pc-Superior

M*pb-Derecha

CLViga

M*pb-Izquierda

M*pc-Inferior

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) dcol

e.4) Cálculo de M*pb

Rótula Plástica

Viga Izq.

Mpr-Izq. Vuv (Izq).

M*pb-Izq.

Sh : Distancia donde ocurre la rótula plástica, medida desde la cara de la columna (Depende de la Conexión Utilizada)

Viga Der.

M*pb-der.

sh

sh

sh+dcol/2

sh+dcol/2

Vuv (Der.) Mpr-Der. Rótula Plástica

M*pb = Mpr + Vuv (sh + dcol /2 ) Mpr : Resistencia Esperada a Flexión actuando en la rótula plástica de la viga Vuv : Resistencia Esperada a Corte actuando en la rótula plástica de la viga

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) e.5) Definición de Mpr y Vuv sh

sh Rótula Plástica

Lh Q = (1.2 CP + 0.5 CV )

Mpr

Mpr Vuv

Mpr = 1.1Ry Mp = 1.1Ry Zb Fyb Vuv = (2 Mpr / Lh ) + Vg

Vg = QLh / 2

Vuv

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) e.6) Cálculo de M*pc

Columna Superior.

Vuc superior

Mpc-Sup. M*pc-Sup.

M*pc-Inf. Mpc-Inf.

dviga

Vuc inferior

Columna Inferior. M*pc = Mpc + Vuc ( dviga /2 ) Mpc : Resistencia Teórica a Flexión de la Columna incluyendo la Carga Axial Mayorada. Vuc : Resistencia Esperada a Corte de la Columna actuando en la cara de la viga

Diseño Sismo-Resistente en Acero Mpc

Porticos Especiales de Momento (SMF) Vuc

e.7) Definición de Mpc y Vuc

Puc

Lv : Luz libre de la Columna

Punto de Inflexión.

Lv


Mpc = Zc ( Fyc - Puc /Ag )

Vuc

Vuc = (2 Mpc / Lv )

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

Mpc

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) f) Conexiones Viga-Columna (9.2 AISC Seismic Provisions ) f.1) Las Conexiones Viga-Columna del sistema resistente a sismo tipo “SMF” deben satisfacer los siguientes requisitos: .- Deben ser capaces de desarrollar una deriva de piso “ ” (rotación plástica) igual o mayor a  0.04 rad. .- Deben ser diseñadas de acuerdo a la Resistencia Esperada a Flexión de la Viga Conectada en la cara de la columna. Ademas, las conexiones deben desarrollar como mínimo un Momento Resistente igual a 0.80Mp de la viga conectada, para una deriva de piso “ ” (rotación plástica) de  0.04 rad. .- Deben ser diseñadas a corte considerando el desarrollo de rótulas plásticas en los extremos de la viga conectada: Donde:

Vuv = (2 Mpr / Lh ) + Vg

Mpr = 1.1 Ry Mp = 1.1 Ry Zb Fyb (Momento máximo esperado en la Viga) Lh = Longitud entre rótulas plásticas Vg = Corte proveniente de las cargas gravitacionales mayoradas

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF)

Momento de la Viga en la Cara de la Columna (in-kips)

.- Despues de completar al menos un ciclo de carga con  0.04 radianes, la resistencia a flexión medida en la cara de la columna, debe ser al menos 0.80 Mp de la viga conectada. A continuación se presenta el Ciclo de Histéresis Típico Esperado. 40000 M 0.04 0.8 M p 30000 0.8 Mp

20000 10000 0 -10000 -20000 - 0.8 Mp

-30000 M 0.04 0.8 M p -40000 -0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

Deriva de Piso  (rad)

0.04

0.06

0.08

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) Δ Carga Cíclica

Hcolumna

Deriva de Piso

=

Δ Hcolumna



Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) f) Conexiones Viga-Columna (9.2 AISC Seismic Provisions ) f.2) Deben Utilizarse Conexiones Precalificadas ANSI/AISC 358 “Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications"

• Conexión con Plancha Extrema (End Plate)  De 4 Pernos por Ala “No rigidizada” (4E)  De 4 Pernos por Ala “Rigidizada” (4ES)  De 8 Pernos por Ala “Rigidizada” (8ES)

• Viga de Sección Reducida (RBS)

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) f) Conexiones (9.2 AISC Seismic Provisions ) • Conexión con Plancha Extrema (End Plate). 6.2 AISC “Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications"

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) Ejemplos de Conexiones con Plancha Extrema

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) Ejemplos de Conexiones con Plancha Extrema

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) f) Conexiones (9.2 AISC “Seismic Provisions” ) • Conexión con Viga de Sección Reducida (RBS). 6.2 AISC “Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications"

Sección Reducida

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) Ejemplos de Conexiones con Viga de Sección Reducida (BRS)

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) g) Conexiones Viga-Columna con Arriostramiento Lateral (9.7a AISC Seismic Provisions ) g.1) En las conexiones Viga – Columna del sistema resistente a sismo tipo “SMF”, las alas de la columna se podrán arriostrar lateralmente solo en el nivel de las alas superiores de las vigas, cuando se demuestre que fuera de la zona del panel, la columna permanece elástica. Se considera que la columna permanece elástica cuando la relación de Momentos Columna/Viga es mayor que 2.00 * M  pc

M

* pb

 2 .0

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) g) Conexiones Viga-Columna con Arriostramiento Lateral (9.7a AISC Seismic Provisions ) g.2) Si la relación de Momentos Columna/Viga es menor a 2.00, se aplicarán las siguientes disposiciones:  Las alas de la columna estarán soportadas lateralmente al nivel de ambas alas de las vigas.  El soporte lateral de cada ala de columna se diseñará para una solicitación mayorada igual al dos por ciento (2 %) de la resistencia teórica del ala de la viga (Fyb bf tf ).  Las alas de la columna se soportarán lateralmente, directa o indirectamente, por medio del alma de la columna o de las alas de las vigas perpendiculares.

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) h) Conexiones Viga-Columna sin Arriostramiento Lateral (9.7b AISC Seismic Provisions ) h.1) Las columnas con conexiones Viga-Columna sin soporte lateral en la dirección transversal al del pórtico sísmico, se diseñarán utilizando la distancia entre los soportes laterales adyacentes como la altura de la columna para efectos del pandeo en dicha dirección. El diseño se realizará de acuerdo con el Capítulo (H) de la Norma ANSI/AISC 360-05 “Specification for Structural Steel Buildings”, excepto que: h.1.1) La solicitación mayorada sobre la columna se calculará para las combinaciones de cargas establecidas, siendo la acción sísmica S el menor valor entre: La fuerza sísmica amplificada Ωo SH ,donde SH representa la componente horizontal de la fuerza sísmica. Ciento veinticinco por ciento (125 %) la resistencia minorada del pórtico, calculada como la resistencia minorada a flexión de la viga o la resistencia minorada a corte de la zona del panel.

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) h) Conexiones Viga-Columna sin Arriostramiento Lateral (9.7b AISC Seismic Provisions ) h.1.2) Para estas columnas, la relación de esbeltez L/r no excederá de 60. h.1.3) En dirección transversal al pórtico sísmico, el momento mayorado en la columna deberá incluir el momento generado por la fuerza en el ala de la viga, como se especifica en la sección 9.7a, más el momento de segundo orden que resulta del desplazamiento del ala de la columna.

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) I) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic Provisions ) i.1) Distribución de Fuerzas en la Zona del Panel (Junta Viga-Columna)

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) dcol

i.2) Cálculo de Mf

Rótula Plástica

Viga Izq.

Mpr-Izq. Vuv (Izq).

Mf1. sh

Sh : Distancia donde ocurre la rótula plástica, medida desde la cara de la columna (Depende de la Conexión Utilizada)

Viga Der.

Mf2 sh

Vuv (Der.) Mpr-Der. Rótula Plástica

Mf = Mpr + Vuv x sh Mf : Resistencia Esperada a Flexión actuando en la cara de la Columna Mpr : Resistencia Esperada a Flexión actuando en la rótula plástica de la viga Vuv : Resistencia Esperada a Corte actuando en la rótula plástica de la viga

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) sh

i.3) Definición de Mpr y Vuv

sh

Rótula Plástica

Lh Q = (1.2 CP + 0.5 CV )

Mpr

Mpr Vuv

Mpr = 1.1Ry Mp = 1.1Ry Zb Fyb Vuv = (2 Mpr / Lh ) + Vg

Vg = QLh / 2

Vuv

Diseño Sismo-Resistente en Acero Mpc

Porticos Especiales de Momento (SMF) Vuc

i.4) Definición de Mpc y Vuc

Puc


Punto de Inflexión.

Lv



Vuc

Vuc = (2 Mpc / Lv )

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

Mpc

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) j) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic Provisions ) j.1) Diseño de la Zona del Panel (Junta Viga-Columna)

Ru  v Rv

Ru 

Mf

d

b

donde v = 1.0

 Vuc

Resistencia Nominal basada en el estado límite de cedencia por Corte J10.6 AISC “Specification for Structural Steel Buildings”

tf 

Resistencia Requerida por Corte

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) j) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic Provisions ) j.2) Definición de Rv (Resistencia a Corte)

Cuando Pu  0.75 Py en la Columna:

 3 bcf t cf2  Rv  0.6 Fy d c t p 1    d b d c t p 

(AISC Spec EQ J10-11)

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

 3 bcf t cf2   1.2 Pu  Rv  0.6 Fy d c t p 1   1.9   d d t P   b c p y  

(AISC Spec EQ J10-12)

Pu : Carga Axial Mayorada actuando en la zona del Panel

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) j) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic Provisions )

tp bcf

j.3) Parámetros de la Zona del Panel

Py = Fy Ag

Zona del Panel

dc

=

Altura de la Columna

db

=

Altura de la Viga

bcf

=

Ancho del Ala de la Columna

tcf

=

Espesor del Ala de la Columna

Fy

=

Resistencia Cedente de la Columna

Ag =

tcf

db

dc

Area Gruesa de la Columna

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

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Momento (SMF) j) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic Provisions) j.4) Incorporación de planchas refuerzo en el alma de columnas en la zona del panel.

Si Ru > v Rv

Requiere planchas de refuerzo

planchas de refuerzo adosadas al alma

Tipo 1

Tipo 2

Diseño Sismo-Resistente en Acero 2.- Porticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF) 2.1 Caracteristicas. • Sistema de vigas, columnas y arriostramientos concéntricos. • Sistemas con desarrollo de deformaciones y fuerzas axiales significativas.

Diseño Sismo-Resistente en Acero 2.- Porticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF) 2.2 Tipos de Sistemas Concéntricos.

V-Invertida

Simple

X (1 piso)

V

X (2 Pisos)

Diseño Sismo-Resistente en Acero 2.- Porticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF) 2.2 Tipos de Sistemas Concéntricos.

Diseño Sismo-Resistente en Acero 2.- Porticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF)

Compresión

Tracción

2.3 Respuesta Estructural ante Sismos.

Diseño Sismo-Resistente en Acero 2.- Porticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF) 2.4 Desempeño Estructural. • Sistemas capaces de desarrollar ductilidad, disipación de Energía e incursiones inelásticas moderadas. • Sistemas con una gran rigidez elástica.

Tracción

Compresión

Compresión

Tracción

• Los mecanismos que pueden presentarse son: Cedencia en los arriostramientos en Tracción. Pandeo en los arriostramientos en Compresión.

Diseño Sismo-Resistente en Acero 2.- Porticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF) 2.5 Diagrama de Histéresis de un Arriostramiento Concéntrico.

P Tracción

Esquema General

 Acortamiento

Alargamiento

Compresión

 P

Diseño Sismo-Resistente en Acero 2.- Porticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF) 2.5 Diagrama de Histéresis de un Arriostramiento Concéntrico. Primera Fase: Se carga axialmente el elemento a Compresión.

P Tracción

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

 Acortamiento

Alargamiento

P 1

PC Compresión

Diseño Sismo-Resistente en Acero 2.- Porticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF) 2.5 Diagrama de Histéresis de un Arriostramiento Concéntrico. Primera Fase: Se carga axialmente el elemento a Compresión.

P Tracción

1. Representa la capacidad a compresión definida por el pandeo del elemento. 2. Representa la resistencia remanente a compresión (Post-Pandeo). Se genera una rótula plástica en el centro del elemento

 Alargamiento

Acortamiento 2 1

PC Compresión

Rótula Plástica Δ

P

Diseño Sismo-Resistente en Acero 2.- Porticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF) 2.5 Diagrama de Histéresis de un Arriostramiento Concéntrico. Segunda Fase: Se descarga axialmente el elemento (P = 0)

P Tracción

3. Representa la deformación (acortamiento) remanente del elemento generada al superar su capacidad elástica a compresión.



3

Alargamiento

Acortamiento 2 1

PC Compresión

Diseño Sismo-Resistente en Acero 2.- Porticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF) 2.5 Diagrama de Histéresis de un Arriostramiento Concéntrico. Tercera Fase: Se carga axialmente el elemento a tracción.

P Tracción Py

4

4. Representa la capacidad cedente del elemento a tracción.



3

Alargamiento

Acortamiento 2 1

PC Compresión

P

Diseño Sismo-Resistente en Acero 2.- Porticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF) 2.5 Diagrama de Histéresis de un Arriostramiento Concéntrico. Cuarta Fase: Se descarga axialmente el elemento (P = 0)

P Tracción

4

Py

5

3

5. Representa la deformación (alargamiento) remanente en el elemento al superar la capacidad elástica.

 Alargamiento

Acortamiento 2 1

PC Compresión

Diseño Sismo-Resistente en Acero 2.- Porticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF) 2.5 Diagrama de Histéresis de un Arriostramiento Concéntrico. Quinta Fase: Se carga axialmente el elemento a compresión (Segundo Ciclo).

P Tracción

4

Py

6. Representa la capacidad a Compresión “Reducida” por el primer ciclo. 7. Representa la capacidad a compresión para cuando se forma nuevamente la rótula plástica en el medio del elemento.

Acortamiento

5

3

 Alargamiento

7 2

6 1

PC Compresión

Rótula Plástica

P

Diseño Sismo-Resistente en Acero 2.- Porticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF) 2.5 Diagrama de Histéresis de un Arriostramiento Concéntrico.

Diseño Sismo-Resistente en Acero 2.- Porticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF) 2.6 Clasificación según su nivel de Desempeño sismorresistente.

 2.6.1 Special Concentrically Braced Frames (SCBF). Pórticos Especiales de arriostramientos Concéntricos.

• Sistemas capaces de desarrollar incursiones inelásticas Moderadas, de manera estable.

 2.6.2 Ordinary Concentrically Braced Frames (OCBF). Pórticos Ordinarios de arriostramientos Concéntricos.

• Sistemas con una capacidad inelástica muy Limitada. Su desempeño esta basado en el rango elástico.

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions ) a.1) Relación Ancho-Espesor en arriostramientos (13.2.d AISC S-P). Las secciones deben ser Compactas Sísmicas (ps), a fin de limitar el pandeo local.

bf

Alas de arriostramientos

bf Es  0.30 2tf Fy

Alma de arriostramientos

h Es ≤2.45 tw Fy

tf h tw

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions ) a.2) Relación Ancho-Espesor en Columnas (13.2.d AISC S-P). Las secciones deben ser Compactas Sísmicas (ps), a fin de limitar el pandeo local. bf

bf Es ≤ 0 . 30 Alas de Columnas 2 tf Fy

tf

Alma de Columnas Pu ≤0.125  Py

h E  P  ≤3.14 s 1 1.54 u  tw Fy   Py 

Pu  0.125  Py

h Es  Pu  Es  1.12 2.33    1.49 tw Fy   Py  Fy

h tw

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions ) a.3) Resistencia Esperada en Arriostramientos (13.2.b AISC S-P). a.3.1) Arriostramientos a Tracción

 P

P Pmax = Py

Resistencia Esperada Pmax = Ry Fy Ag



Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de Arriostramientos Concéntricos (SCBF) a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions ) a.3) Resistencia Esperada en Arriostramientos (13.2.b AISC S-P). a.3.2) Arriostramientos a Compresión

 P Resistencia Esperada

Presidual  0.3 Pn

Pc = 1.1 Ry Pn

Pc

( Pn = Ag Fcr ) Take Presidual = 0.3 Pn

P

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions ) a.4) Esbeltez en Diagonales (13.2.a AISC S-P). Los arriostramientos deben tener una relación de esbeltez muy controlada, a fin de limitar el pandeo local.

E KL 4 Fy r

E KL 4   200 Fy r

Relación de Esbeltez Máxima Aplicable si se cumple la Condición “A” o la Condición “B”

Relación de Esbeltez Máxima Aplicable sólo si se cumple con la Condición “B”

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions ) Condición A:

C

La resistencia disponible de las columnas debe ser igual o mayor a la demanda impuesta en las mismas, considerando la Amplificación de la fuerza sísmica condicionada por el factor “Ωo”



Ω0 = 2 T

QE : Acción Sísmica

C

T

C

Ω0 QE + Pgrav 1

Ω0 QE - Pgrav 2 Pgrav 1 :  [ (1.2 + 0.2SDS) CP + 0.5CV ] Pgrav 2 :  (0.9 - 0.2SDS) CP

T

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions ) Condición B:

Ry Fy Ag

 0.3 Pn Ry Fy Ag

0.3 Pn Ry Fy Ag

La resistencia disponible de las columnas debe ser igual o mayor a la demanda impuesta en las mismas, considerando en el equilibrio del pórtico, la resistencia esperada en cada uno de los arriostramientos condicionada por el factor “Ry” a tracción y el efecto de post-pandeo a compresión.

(Resistencia Axial a Compresión Requerida en Columnas) [  (Ry Fy Ag ) cos  +  (0.3 Pn) cos  ] + Pgrav Donde:

0.3 Pn

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

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions ) Condición B: La resistencia disponible de las columnas debe ser igual o mayor a la demanda impuesta en las mismas, considerando en el equilibrio del pórtico, la resistencia esperada en cada uno de los arriostramientos condicionada por el factor “Ry” a tracción y el efecto de post-pandeo a compresión.

(Resistencia Axial a Tracción Requerida en Columnas)

0.3 Pn

 Ry Fy Ag

0.3 Pn

Ry Fy Ag

0.3 Pn

[  (Ry Fy Ag ) cos  +  (0.3 Pn) cos  ] - Pgrav Donde:

Pgrav :  (0.9 - 0.2SDS) CP

Ry Fy Ag

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions ) a.5) Distribución de Fuerzas Laterales (13.2.c AISC S-P). Los arriostramientos se dispondrán a lo largo de cualquier línea resistente en direcciones alternadas, en forma tal que para cualquier dirección de la fuerza, paralela al arriostramiento, por lo menos un treinta por ciento (30%), pero no más del setenta por ciento (70 %), de la fuerza horizontal total, sea resistida por los arriostramientos traccionados, a menos que la resistencia teórica Nt , de cada arriostramiento comprimido sea mayor que la solicitación mayorada que resulta al aplicar las combinaciones que incluyen la carga sísmica amplificada a través del factor Ω0. La disposición debe ser alternante a fin de obtener una respuesta estructural estable y similar, en ambos sentidos de la acción sísmica. Se define como línea de arriostramiento, una línea única o líneas paralelas que no se desvíen en planta más de un diez por ciento (10 %) de la dimensión de la edificación perpendicular a la línea de arriostramiento.

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions ) a.5) Distribución de Fuerzas Laterales (13.2.c AISC S-P). Linea Resistente Disposición Incorrecta de Arriostramientos debido a que todos los miembros estan a compresión. (Arriostramientos orientados en una sola Dirección) Linea Resistente

( Arriostramientos “Alternados” )

Disposición Correcta de Arriostramientos debido a que hay una adecuada proporcionalidad de miembros a compresión y a tracción.

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions ) a.5) Distribución de Fuerzas Laterales (13.2.c AISC S-P).

Arriostramientos Sx By

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

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricas (SCBF) b) Resistencia Requerida en Conexiones de Arriostramientos. (13.3 AISC Seismic Provisions ) b.1) Resistencia Requerida a Tracción (13.3.a AISC S-P). La solicitación en las Conexiones de Arriostramientos, incluyendo las uniones Viga-Columna que son parte del sistema de arriostramiento, deberá ser el menor de los siguientes valores:

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

Pt = Ry Fy Ag

Caso Recomendado

b.1.2) La fuerza máxima que el sistema puede transferir al arriostramiento obtenida del análisis “No Lineal”

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricas (SCBF) b) Resistencia Requerida en Conexiones de Arriostramientos. (13.3 AISC Seismic Provisions ) b.1) Resistencia Requerida a Tracción (13.3.a AISC S-P).

Pt = Ry Fy Ag

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricas (SCBF) b) Resistencia Requerida en Conexiones de Arriostramientos. (13.3 AISC Seismic Provisions ) b.2) Resistencia Requerida a Flexión (13.3.b AISC S-P). .- Para arriostramientos “Empotrados”, las rótulas plásticas a flexión se forman en el centro y en los extremos del Miembro. Esto genera que los arriostramientos transmitan momentos a la conexión y a los miembros unidos a la misma. Rótulas Plásticas

M

M

P

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

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricas (SCBF) b) Resistencia Requerida en Conexiones de Arriostramientos. (13.3 AISC Seismic Provisions )

1.1 Ry Mp-diagonal

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) b) Resistencia Requerida en Conexiones de Arriostramientos. (13.3 AISC Seismic Provisions ) b.2) Resistencia Requerida a Flexión (13.3.b AISC S-P). .- Para arriostramientos “Articulados”, las rótulas plásticas a flexión se forman sólo en el centro del Miembro. Esto genera que los arriostramientos No transmitan momentos a la conexión y a los miembros unidos a la misma.

P

P Rótula Plástica

P

P

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) b) Resistencia Requerida en Conexiones de Arriostramientos. (13.3 AISC Seismic Provisions ) b.3) Resistencia Requerida a Compresión (13.3.c AISC S-P). .- La resistencia requerida a compresión de la conexión deber ser igual o mayor a la resistencia máxima esperada a compresión del arriostramiento.

Pc = 1.1 Ry Pn

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricas (SCBF) Disposición General de una Conexión Articulada. Plancha Nodo “Gusset Plate”

2t

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) Ejemplo de Conexion Articulada.

> 2t

Plancha Nodo “Gusset Plate”

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) Conexiones con Angulos

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) Conexiones con Angulos

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) c) Requerimientos Especiales en Configuraciones de Arriostramientos. (13.4 AISC Seismic Provisions ) c.1) Arriostramientos Tipo V y Tipo V “Invertida” (13.4.a AISC S-P).

Tipo “V”

Tipo “V-Invertida”

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricas (SCBF) c) Requerimientos Especiales en Configuraciones de Arriostramientos. (13.4 AISC Seismic Provisions ) c.1) Arriostramientos Tipo V y Tipo V “Invertida” (13.4.a AISC S-P). c.1.1) La resistencia requerida de las vigas intersectadas por los arriostramientos, sus conexiones y miembros de soporte, deberá ser determinada de acuerdo a las combinaciones de carga aplicables para el diseño de edificaciones, considerando que los arriostramientos no generan soporte a las vigas para las cargas gravitacionales (permanentes y variables). Para las combinaciones que incluyen la carga Sísmica “E” amplificada, la misma se calculará considerando lo siguiente:

Fuerza en Arriostramientos a Tracción

Ry Fy Ag

Fuerza en Arriostramientos a Compresión

0.3 Pn

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) c) Requerimientos Especiales en Configuraciones de Arriostramientos. (13.4 AISC Seismic Provisions ) c.1) Arriostramientos Tipo V y Tipo “V-Invertida” (13.4.a AISC S-P). c.1.2) Distribución de Fuerzas en el Sistema Viga-Arriostramientos

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

 Ry Fy Ag

0.3 Pn

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

( Ry Fy Ag - 0.3 Pn ) sen  ( Ry Fy Ag + 0.3 Pn ) cos 

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) c) Requerimientos Especiales en Configuraciones de Arriostramientos. (13.4 AISC Seismic Provisions ) c.1) Arriostramientos Tipo V y Tipo V “Invertida” (13.4.a AISC S-P). c.1.3) Las Vigas deben ser continuas entre las columnas. c.1.4) Ambas alas de la viga deben estar soportadas lateralmente a una distancia menor que el límite Lpd. c.1.5) Ambas alas de la viga deben estar soportadas lateralmente en el punto de intersección de los arriostramientos concéntricos.

Lpd

  M1    E     0.12  0.076     M 2    Fy

 r  y 

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) c) Requerimientos Especiales en Configuraciones de Arriostramientos. (13.4 AISC Seismic Provisions ) c.2) Arriostramientos Tipo K (13.4.b AISC S-P).

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

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) d) Empalmes de Columnas. (13.5 AISC Seismic Provisions ) d.1) Los empalmes de columnas deben diseñarse como mínimo para desarrollar el 50% de la menor resistencia a flexión de los miembros conectados. Mpc-1 Empalme

M > 0.5 Mpc


Mpc-2

Diseño Sismo-Resistente en Acero Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF) d) Empalmes de Columnas. (13.5 AISC Seismic Provisions ) d.2) La resistencia requerida por corte en los empalmes de columnas se establece considerando la resistencia esperada a flexión en los extremos de la columna. Mpc Vuc

V = Vuc

Lv

Vuc = (2 Mpc / Lv )

Vuc Mpc

Diseño Sismo-Resistente en Acero Ejemplo de una Edificación Dual Porticos Especiales de Momento + Arriostramientos Concéntricos

Diseño Sismo-Resistente en Acero Ejemplo de una Edificación Dual Porticos Especiales de Momento + Arriostramientos Concéntricos

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) 3.1 Caracteristicas. • Sistema de Columnas, Vigas y Arriostramientos Excentricos • Comportamiento a flexión y corte en Vigas-Eslabon. • Desarrollo de deformaciones axiales en columnas y arriostramientos.

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) 3.2 Tipos de Sistemas Excéntricos.

e

e

e

e

e e

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) 3.3 Ejemplos de Sistemas Excéntricos.

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) 3.4 Definición de Elemento Eslabón “LINK”.

Link

Link

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) 3.5 Respuesta Inelástica.

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) 3.5 Respuesta Inelástica.

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) 3.6 Requisitos Sismorresistentes (15.0 AISC Seismic Provisions ) a) Eslabones (15.2 AISC Seismic Provisions ) a.1) Relación Ancho-Espesor (15.2a AISC S-P). Las secciones deben ser Compactas Sísmicas (ps), a fin de limitar el pandeo local. bf

Alas de arriostramientos

bf Es  0.30 2tf Fy

Alma de arriostramientos

Es h ≤2.45 tw Fy

tf h tw

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

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) a) Eslabones (15.2 AISC Seismic Provisions ) b) Cedencia del Eslabon.

e M

M V

Equilibrio de Fuerzas en el “Eslabón”

V Se debe determinar si la resistencia plástica del “Eslabón” es controlada por Corte o por Flexión

V M M


e Capacidad Plástica a Corte:

M

M V

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

V Esfuerzo cedente a Corte

V

Area del Alma

Vp = Capacidad Plástica a Corte del Eslabón.

M M


e M

M V

V

Capacidad Plástica a Flexión

M = Mp = Z Fy Módulo de Sección Plástico

V

Vp = Capacidad Plástica a Flexión del Eslabón.

M M


e Mp

Mp Vp

e

2 Mp Vp

Equilibrio Plástico

Vp El Corte y Momento plástico ocurren simultáneamente cuando V=Vp and M=Mp


e La cedencia por Corte ocurre M cuando:

M Vp V = Vp M < Mp

Vp

M < Mp

y

2Mp e ≤ Vp

V = Vp


e Mp

Mp V

V < Vp M = Mp

V

La cedencia por Flexión ocurre cuando:

M = Mp

y

2Mp e ≥ Vp

V < Vp

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) a) Eslabones (15.2 AISC Seismic Provisions ) c) Resistencia por Corte ( Vn). (15.2b AISC S-P).

 = 0.9

Vn = Menor valor entre

Vp

2Mp / e

Controlado por:

Controlado por:

2Mp e ≤ Vp 2Mp e ≥ Vp

Vu   Vn Vu: Corte ultimo proveniente del análisis incluyendo la carga sísmica amplificada.

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) a) Eslabones (15.2 AISC Seismic Provisions ) e / (Mp /V p)

Link Nominal Shear Strength (kips)

0

1

2

3

4

5

250

Vn=Vp

200 150

Vn=2Mp /e

100 50 0 0

36

72

108

Link Length e (inches)

144

180

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) a) Eslabones (15.2 AISC Seismic Provisions ) d) Rotación Plástica del Eslabon (p). (15.2c AISC S-P).

p

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) a) Eslabones (15.2 AISC Seismic Provisions ) d) Rotación Plástica del Eslabon (p). (15.2c AISC S-P). e

p

e

p

p H

p H p

p L

p 

L

L p e

p 

L p e

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) a) Eslabones (15.2 AISC Seismic Provisions ) d) Rotación Plástica del Eslabon (p). (15.2c AISC S-P).

La Rotación Máxima del Eslabon esta definida por las siguientes condiciones:

p max

0.08 radianes para:

e  1.6 Mp / Vp

0.02 radianes para:

e  2.6 Mp / Vp

Interpolación Lineal para valores de “e” entre : 1.6 Mp / Vp < e < 2.6 Mp / Vp

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) b) Rigidizadores (15.3 AISC Seismic Provisions )

Long. del Eslabon “e” Espesor Mínimo

Rigidizadores Intermedios

Deben colocarse rigidizadores completos a ambos lados del alma, al principio y al final del eslabón.


e  1.6 Mp / Vp

s

30 tw - d /5

para p = 0.08 radianes

52 tw - d /5

para p = 0.02 radianes

interpolar

para 0.02 < p < 0.08 radianes

tw = Espesor del alma del Eslabon d = Altura del Eslabon


e  1.6 Mp / Vp

e s s s s s

Disposición de Rigidizadores Intermedios.

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) b) Rigidizadores (15.3 AISC Seismic Provisions ) 2.6 Mp / Vp < e < 5 Mp / Vp

e 1.5 bf

1.5 bf

bf = Ancho del Ala del Eslabon

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) b) Rigidizadores (15.3 AISC Seismic Provisions ) 1.6 Mp / Vp < e < 2.6 Mp / Vp

e > 5 Mp / Vp

Interpolar

No se Requieren

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


Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) c) Arriostramiento Lateral del Eslabon (15.5 AISC Seismic Provisions )

e

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

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) c) Arriostramiento Lateral del Eslabon (15.5 AISC Seismic Provisions )

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

Pb  0.06

R F Z  y

y

Link

ho

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

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) d) Arriostramiento y Viga Fuera de la Zona del Eslabon (15.6 AISC Seismic Provisions )

Vigas Fuera del Eslabon

Arriostramientos

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) d) Arriostramiento y Viga Fuera de la Zona del Eslabon (15.6 AISC Seismic Provisions ) Vult Vult Mult

Mult Vult

Vult Mult

Mult

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) d) Arriostramiento y Viga Fuera de la Zona del Eslabon (15.6 AISC Seismic Provisions )

15.6a: Para el Diseño del Arriostramiento.

Vult = 1.25 Ry Vn

15.6b: Para el Diseño de la Viga.

Vult = 1.1 Ry Vn

Vn = Resistencia Nominal a Corte

Mult

e Vult  2

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) d) Arriostramiento y Viga Fuera de la Zona del Eslabon (15.6 AISC Seismic Provisions ) Vult Mult

• Diseño para las fuerzas (P y M) generadas por la acción de Vult y Mult en el Eslabon. • La conexión debe ser diseñada para 1.1 Ry Pn del arriostramiento.

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) e) Resistencia Requerida en Columnas (15.8 AISC Seismic Provisions )

La columna debe revisarse considerando el desarrollo de la resistencia ultima a corte y momento en cada uno de los eslabones.

Vult

Vult Mult

Mult

Vult

Vult Mult Mult

Vult

Vult

Vult = 1.1 Ry Vn. e Vult Mult  2

Mult Mult

Diseño Sismo-Resistente en Acero 3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) f) Zonas Protegidas (15.9 AISC Seismic Provisions )

Zonas protegidas

Diseño Sismo-Resistente en Acero

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