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)

NORMAS Y CÓDIGOS DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO

FEMA 350

Recommended Seismic Design Criteria for New Steel Moment-

Frame 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

FILOSOFÍA DEL DISEÑO ESTRUCTURAL SISMO-RESISTENTE

Establecer un Diseño Por Capacidad: Limitar Mecanismos Frágiles y

Propiciar Mecanismos Dúctiles.

Elegir y establecer el patrón 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 dúctiles (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 dúctiles (Rótulas plásticas) esperadas en los

“Fusibles”

CARGA SÍSMICA AMPLIFICADA

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

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

(5) 0.9 CP + 1.0 Eb

(6) 1.2 CP + 0.5 CV + 1.0 Ea

(7) 0.9 CP + 1.0 Ea

CP : Carga Permanente

CV: Carga Variable

CVt: Carga Variable de Techo

Eb: Acción sísmica Básica

Ea: Acción Sísmica

Amplificada

Combinaciones para el Diseño de los

Elementos Fusibles.

Combinaciones para el Diseño del

Resto de los elementos que

conforman el sistema resistente a

sismo

Casos de Carga

ACCIÓN SÍSMICA

ACCIÓN SÍSMICA EN COMBINACIONES DE CARGA

ACCIÓN SÍSMICA EN COMBINACIONES DE CARGA

FACTOR DE AMPLIFICACIÓN SÍSMICA

CARGA SÍSMICA AMPLIFICADA

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

ACERO ESTRUCTURAL

PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTOS (MRF)

PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTOS (MRF)

Clasificación según su nivel de Desempeño sismorresistente.

1 .-Special Moment Frames (SMF). Pórticos Especiales a Momento.

Sistemas capaces de desarrollar incursiones inelásticas Significativas, de

manera estable.

2.- Intermédiate Moment Frames (IMF). Pórticos Intermedios a Momento.

Sistemas capaces de desarrollar incursiones inelásticas Moderadas,

de manera estable.

3.- Ordinary Moment Frames (OMF). Pórticos Ordinarios a Momento.

Sistemas con una capacidad inelástica muy Limitada. Su desempeño

esta basado en el rango elástico.

PÓRTICOS ESPECIALES DE MOMENTO (SMF)

A)LIMITACIONES EN VIGAS. (9.4 AISC SEISMIC PROVISIONS )

PÓRTICOS ESPECIALES DE MOMENTO (SMF) B)LIMITACIONES EN COLUMNAS. (9.4 AISC SEISMIC PROVISIONS )

PÓRTICOS ESPECIALES DE MOMENTO (SMF) ARRIOSTRAMIENTOS LATERAL DE VIGAS (9.8 AISC SEISMIC PROVISIONS )

PÓRTICOS ESPECIALES DE MOMENTO (SMF)

D)PLANCHAS DE CONTINUIDAD (9.5 AISC SEISMIC PROVISIONS )

PÓRTICOS ESPECIALES DE MOMENTO (SMF) E)RELACIÓN DE MOMENTOS COLUMNA-VIGA (9.6 AISC SEISMIC PROVISIONS )

PÓRTICOS ESPECIALES DE MOMENTO (SMF) F)CONEXIONES VIGA-COLUMNA (9.2 AISC SEISMIC PROVISIONS )

CONEXIONES VIGA-COLUMNA (9.2 AISC SEISMIC PROVISIONS )

f.2) Deben Utilizarse Conexiones Precalificadas

ANSI/AISC 358 “Prequalified

Connections for Special and Intermédiate Steel

Moment Frames for Seismic Applications"

Viga de Sección Reducida (RBS)

Conexión con Plancha Extrema (En Plate)

De 4 Pernos por Ala “No rigidizada” (4E)

De 4 Pernos por Ala “Rigidizada” (4ES)

De 8 Pernos por Ala “Rigidizada” (8ES)

PÓRTICOS ESPECIALES DE MOMENTO (SMF) CONEXIONES (9.2 AISC SEISMIC PROVISIONS )

CONEXIONES (9.2 AISC “SEISMIC PROVISIONS”)

G) CONEXIONES VIGA-COLUMNA CON ARRIOSTRAMIENTOS 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 2.0

CONEXIONES VIGA-COLUMNA CON ARRIOSTRAMIENTOS 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.

H) CONEXIONES VIGA-COLUMNA SIN ARRIOSTRAMIENTOS 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.

CONEXIONES VIGA-COLUMNA SIN ARRIOSTRAMIENTOS 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.

I) ZONA DEL PANEL (9.3 AISC SEISMIC PROVISIONS )

2.- PÓRTICOS CON ARRIOSTRAMIENTOS

CONCÉNTRICOS (CBF)

2.- PÓRTICOS 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.

2.6.2 Ordinary Concentrically Braced Frames (OCBF). Pórticos

Ordinarios de Arriostramientos Concéntricos.

2.- Pórticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF)

Sistemas capaces de desarrollar incursiones inelásticas

Moderadas, de manera estable.

Sistemas con una capacidad inelástica muy Limitada. Su

desempeño esta basado en el rango elástico.

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 Arriostramientos, 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 Arriostramientos 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 Arriostramientos, 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 Arriostramientos.

B) RESISTENCIA REQUERIDA EN CONEXIONES DE ARRIOSTRAMIENTOS.

(13.3 AISC SEISMIC PROVISIONS )

Falla por el Momento del

Empotramiento.

DISPOSICIÓN GENERAL DE UNA CONEXIÓN ARTICULADA.

C) REQUERIMIENTOS ESPECIALES EN CONFIGURACIONES DE ARRIOSTRAMIENTOS.

(13.4 AISC SEISMIC PROVISIONS )

D) EMPALMES DE COLUMNAS. (13.5 AISC SEISMIC PROVISIONS )

EJEMPLO DE UNA EDIFICACIÓN DUAL

3.- PÓRTICOS CON ARRIOSTRAMIENTOS EXCÉNTRICOS (EBF)

3.6 REQUISITOS SISMORRESISTENTES

(15.0 AISC SEISMIC PROVISIONS )

Mp

B) RIGIDIZADORES (15.3 AISC SEISMIC PROVISIONS )

3.- PÓRTICOS CON ARRIOSTRAMIENTOS EXCÉNTRICOS (EBF)