STEEL DESIGN 01 ANGEL MANRIQUE INGENIERO CIVIL ESPECIALISTA EN ESTRUCTURAS AISC 360-22
FEBRERO 2023
VIGAS I COMPACTAS DOBLEMENTE SIMÉTRICAS
STEELDESIGN01.VigasIcompactasdoblementesimétricas.AISC360-22 Página 2 de 10 byIng.AngelManrique INDICE 0303 INTRODUCCIÓNOBJETIVO 0304 BASESPARAELDISEÑOCALIDADDELOSMATERIALES 0405 GEOMETRÍAYCONDICIONESDEAPOYOCARGASYSOLICITACIONES 0610
DISEÑOPORCAPACIDADRESISTENTEDISEÑOPORCAPACIDADDESERVICIO
INTRODUCCIÓN
Lasvigassonmiembrosestructuralesqueresistenflexióncomoprincipalsolicitación,aunqueocasionalmente puedensoportarlimitadosesfuerzosaxiales(cargaslateraleselevadasenmarcos),corteotorsión.
Losestadoslímitesderesistenciacontemplandiferentesposibilidadesenelcomportamientodefalladevigas analizadasbajolaaccióndecargas.Laresistenciaaflexiónresultaelmenordelosvaloresobtenidosde considerarlossiguientesestadoslímites:
Fallaporfluenciadelaseccióndevigascompactasconadecuadossoporteslaterales.Lasvigasplásticas estánformadasporelementoscuyasproporciones,asícomolascondicionesdecargatemperatura,etc.,yla correctaubicacióndesusarriostramientoslateralessontales,quepermitendesarrollarlasdeformaciones unitariascorrespondientesalainiciacióndelendurecimientopordeformacióndelmaterial,sinfallas prematurasdeltipofrágil,oporpandeolateraltorsional.
Fallaporfluenciadelaseccióndevigascompactasconinsuficientessoporteslaterales.Elmododefalla sobrevienenporpandeolateral,elcualsehayaasociadoalpandeotorsionaldeformaconjunta.Porlotanto, lasvigassoncapacesdealcanzarlaplastificaciónenalgunadesussecciones,porsercompactascon relaciónalaesbeltezdesuselementoscomponentes(alayalma),peroincapacesdeformarmecanismosde colapso,yaquecedenantesporpandeolateral.
Fallaporpandeolateraltorsional.Esteefectoproduceuna desviacióndelejelongitudinaldelavigafuerade suplano,porflexiónrespectoasuejedébil,cuandolasseccionestransversalesgiranentorsión desplazándose.Elaladelavigaencompresiónsecomportacomounacolumnaquetratadepandear lateralmentealredordelejetransversaldominadaporlaecuacióndeEuler.Debidoaqueestazonaestá unidaatravésdelalmadelavigaaunazonaqueestáentensión ysinproblemasdepandeo,lavigaademás degiraralrededordelejedébiltransversaltratadegiraralrededordelejelongitudinalinduciendounatorsióna laviga.
02OBJETIVO
Elpresentedocumentoestáreferidoaldiseñomedianteelmétododelosestadoslimitespordecapacidad resistenteydeservicio,paravigasIcompactasdoblemente simétricas.
03
BASESPARAELDISEÑO
Normas Nacionales
1. NCh427/12016.Construcción-Estructurasdeacero-Parte1:Requisitosparaelcálculodeestructurasdeaceroparaedificios
Normas Internacionales
1.
2.
ANSI/AISC360-10.SpecificationforStructuralSteelBuildings
ASCE/SEI7.MinimumDesignLoadsandAssociatedCriteriaforBuildingsandOtherStructures
Documentos Técnicos
1. STEELDESIGNGUIDE9.TorsionalAnalysisofStructuralSteelMembers
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STEELDESIGN01.VigasIcompactasdoblementesimétricas.AISC360-22
byIng.AngelManrique
STEELDESIGN01.VigasIcompactasdoblementesimétricas.AISC360-22 Página 4 de 10 byIng.AngelManrique 04CALIDADDELOSMATERIALES 4.1 ACERO ESTRUCTURAL Esfuerzodelfluencia MPa250 f ys Modulodeelasticidad MPa200000 E s 3 m kgf 7850 ³a PesounitariodelaceroModulodePoisson 0.3 ¿ MPa 76923.08 ¿ 12 E s G s Modulodecorte 05GEOMETRÍAYCONDICIONESDEAPOYO 5.1. CONDICIONES DE APOYO Separaciónentreapoyos mm6000 L x Figura1.Condicionesdeapoyodeviga Numerodearriostramientoslaterales Nlat 1 5.2. GEOMETRÍA Y PROPIEDADES MECÁNICAS IPE300 Tipodeperfil Alturatotaldedelperfil mm 300 hipe Anchodelaladelperfil mm 150 bfipe Espesordelaladelperfil mm 10.7 tfipe Espesordelalmadelperfil mm 7.1 twipe Radiodefilete mm 15 ripe m kgf 42.24 Pmlipe Pesoporml Figura2.Geometría 4 cm 8356.11 Ixipe 3 cm 628.36 Zxipe InerciaXModuloplàsticoX 4 cm 603.78 Iyipe 3 cm 125.22 Zyipe InerciaYModuloplàsticoY 3 cm 557.07 Sxipe 4 cm 20.06 Jipe ModuloelàsticoXConstanteTorsional 3 cm 80.5 Syipe 6 cm 126332.32 Cwipe ModuloelàsticoYConstantedealabeo
CARGASYSOLICITACIONES
6.1.
6.2.
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CARGAS MAYORADAS m kgf 1500 qcrf Cargadediseñosentidofuerte(Incluyepesopropio) m kgf 700 qcrd Cargadediseñosentidodébil(Incluyepesopropio) m kgf 1250 qcs Cargadediseñopordeflexión(Incluyepesopropio)
SOLICITACIONES Sentido fuerte 6750mkgf 8 2 L x qcrf Macf Momentoactuantemáximodediseñosentidofuerte kgf 4500 2 L x qcrf Vacf Cortanteactuantemáximodediseñosentidofuerte Sentido débil 787.5mkgf 32 2 L x qcrd Macd Momentoactuantemáximosentidodébil Cortanteactuantemáximosentidodébil kgf 2604 L x qcrd 0.62 Vacd
DISEÑOPORCAPACIDADRESISTENTE
7.1. LIMITACIONES GEOMÉTRICAS
7.2. CAPACIDAD RESITENTE SENTIDO FUERTE
Longitudlímitenoarriostradaparaelestadolímitedetorsiónlateralinelástica
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atiezados f ys E s 0.38 tfipe 2 bfipe Relaciónancho/espesordealas TablaB4.1bAISC360-22 "COMPACTO"
atiezados f ys E s 3.76 twipe tfipe 2 hipe Relaciónancho/espesordelalma
"COMPACTO"
Elementos no
Elementos
TablaB4.1bAISC360-22
resistente
Factordeminoraciónalmomentoflector
0.90 ×b
MPa 250 f ys 3 mm 628355.89 Zxipe MóduloPástico
16018.62mkgf Zxipe f ys Mnf1 Resistencianominalamomentoporpandeolateraltorsional mm 3000 1 Nlat L x Lb Longituddearriostramiento Art.F2.2.AISC360-22 m 0.04 Sxipe Cwipe Iyipe rts rts Constante Coeficientec Ec.F2-8a.AISC360-22 1 c
mm 289.3 tfipe hipe h o mm 1667.47 f ys E s ryipe 1.76 L p
Capacidad
al momento flector
Art.F1.a.AISC360-22
Resistencianominalamomentoporfluencia Esfuerzodelfluencia
Momentoresistentenominalporfluencia Ec.F2-1.AISC360-22
Distanciaentreloscentroidesdelasalas
Longitudlímitenoarriostrada paraelestadolímitedefluencia Ec.F2-5.AISC360-22
mm 5466.49 2 E s f ys 0.7 6.76 2 h o Sxipe cJ ipe h o Sxipe cJ ipe f ys 0.7 E s r ts 1.95 L r
Ec.F2-6.AISC360-22
STEELDESIGN01.VigasIcompactasdoblementesimétricas.AISC360-22 Página 7 de 10 byIng.AngelManrique Factordemodificacióndepandeolateraltorsional 5062.5mkgf 8 2 L x qcrf 4 3 M A Momentoubicadoauncuarto delsegmentonoarriostrado 6750mkgf 8 2 L x qcrf M B Momentoubicadoenelcentro delsegmentonoarriostrado 5062.5mkgf 8 2 L x qcrf 4 3 M C Momentoubicadotrescuartos delsegmentonoarriostrado 1.14 MC 3 M B 4 M A 3 Macf 2.5 Macf 12.5 Cb Factordemodificaciónde pandeolateraltorsional Ec.F2-1.AISC360-22 2 r ts Lb h o Sxipe cJ ipe 0.0781 2 r ts Lb E s à Cb F cr Esfuerzocrítico Ec.F2-4.AISC360-22 MPa 155.21 F cr L p L r L p Lb Sxipe f ys 0.7 Mnf1 Mnf1 Cb Mnf2a Momentoresistentenominal porpandeolateraltorsional Ec.F2-(2,3).AISC360-22 15780.51mkgf Mnf2a 8816.88mkgf Sxipe F cr Mnf2b if else if else Mnf1 min Mnf1 Mnf2b L r Lb min Mnf1 Mnf2a L r Lb L p Lb Mnf2 15780.51mkgf Mnf2 Momentoresistentenominal Momentoresistentenominal if else Mnf2 ×b Mnf1 ×b L p Lb Mnf 14202.46mkgf Mnf
STEELDESIGN01.VigasIcompactasdoblementesimétricas.AISC360-22 Página 8 de 10 byIng.AngelManrique Capacidad resistente al cortante Resistencianominalalcortesentidofuerte Factordeminoracionalcortante Art.G1.AISC360-22 0.9 ×v Limitacionesgeométricas f ys E s 2.24 twipe tfipe 2 hipe Relaciónancho/espesorde perfilesrodadosencaliente Art.G2.1.aAISC360-22 "OK" Cv1 Constante 1 Cv1 2 cm 21.3 twipe hipe A w Áreadelalma Art.G2.1.AISC360-22 Cortanteresistentenominal kgf 48869.9 f ys Cv1 A w ×v Vnf
Capacidad resistente al momento flector Factordeminoraciónalmomentoflector Art.F1.a.AISC360-22 0.9 ×b Resistencianominalamomentoporfluencia Esfuerzodelfluencia MPa 250 f ys 3 mm 125218.83 Zyipe MóduloPástico Momentoresistentenominalporfluencia Ec.F6-1.AISC360-22 2955.28mkgf Syipe f ys 1.6 ×b Mnd
RESUMEN
RESISTENTE Diseño a flexión biaxial Momentoactuantemáximodediseñosentidofuerte 6750mkgf Macf Momentoresistentemáximosentidofuerte 14202.46mkgf Mnf Momentoactuantemáximosentidodébil 787.5mkgf Macd Momentoresistentemáximosentidodébil 2955.28mkgf Mnd 1 Mnd Macd Mnf Macf Factordeutilizaciónamomento Ec.H1-1b.AISC360-22 % 74.17 "OK"
7.3. CAPACIDAD RESITENTE SENTIDO DÉBIL
7.4.
DE DISEÑO POR CAPACIDAD
STEELDESIGN01.VigasIcompactasdoblementesimétricas.AISC360-22 Página 9 de 10 byIng.AngelManrique
Cortanteactuantemáximodediseñosentidofuerte kgf 4500 Vacf Resistencianominalalcortesentidofuerte kgf 48869.9 Vnf 1 Vnf Vacf Factordeutilizaciónacortante % 9.21 "OK"
Diseño a corte
DISEÑOPORCAPACIDADDESERVICIO
8.1. DISEÑO POR DEFLEXIÓN
LanormaNCh427/12016especificaensudisposiciónL1queparalosestadoslímitesdeservicio,las cargasylascombinacionesdecargaapropiadasseencuentraneneldocumentoMinimumDesignLoads andAssociatedCriteriaforBuildingsandOtherStructures (ASCE/SEI7),AnexoC.
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Sentido fuerte mm 16.67 360 L x Dlim Deformaciónlimite AnexoCASCE/SEI7 mm 12.38 Ixipe E s 384 4 L x qcs 5 D max Deformaciónmáximadelaviga 1 Dlim D max Factordeutilizaciónpordeflexión % 74.27 "OK"
