STEEL DESIGN 05 ANGEL MANRIQUE INGENIERO CIVIL ESPECIALISTA EN ESTRUCTURAS ABRIL 2023
AISC 360-22 VIGAS TUBULARES
STEELDESIGN01.Vigastubulares.AISC360-22 Página 2 de 12 byIng.AngelManrique INDICE 0303 INTRODUCCIÓNOBJETIVO 0304 BASESPARAELDISEÑOCALIDADDELOSMATERIALES 0405 GEOMETRÍAYCONDICIONESDEAPOYOCARGASYSOLICITACIONES 0612
DISEÑOPORCAPACIDADRESISTENTEDISEÑOPORCAPACIDADDESERVICIO
INTRODUCCIÓN
Lasseccionestubularesalestarfabricadasmedianteelprocesodelaminadoenfrío,esdecir,medianteel plegadodeplanchassonsusceptiblesalsufrirpandeolocal delalmaodelalaencompresión.
Portanto,lacapacidadresistenteaflexióndeestetipodeperfilesestálimitadoporlaposibilidaddefallapor pandeolocal.Paraevitarqueelpandeolocalcontroleelestadolímitedecapacidadresistenteamomentose debenutilizarperfilesconalmasyalascompactas.Esdecir,loselementosquecomponenlasección transversaldebencumplirconlarelaciónancho-espesorlímiteestablecidaenlatablaB4.1dela AISC360-2022.
SedebedestacartambiénqueestaúltimaadiferenciadelanormativaAISIpermiteparaperfilescompactos laplastificacióndelaseccióntransversaleneldiseñoaflexión.Porloque,paraelcálculodelmomentopor fluenciadelasecciónlanormaAISC360-22consideraelmódulodesecciónplásticoenlugardelmódulode secciónelásticoutilizadoenlanormaAISI.
Paraelcálculodelmódulodesecciónplástico,sedebeubicarelejequedivideenpartesigualeseláreadela seccióntransversal.Luego,elmódulodesecciónelásticoseobtienemultiplicandoelvalordecadaáreaporla distanciaentreelejeyelcentroidedeláreacorrespondiente.
Enperfilestubularessedebeprestaratenciónalestadolimiteporcapacidaddeservicioylimitar adecuadamentelasdeformacionespordeflexión,yaquesepuedengenerarvibracionesexcesivasen entrepisosydañosomalfuncionamientoenelementosnoestructuralescomopuertas,ventanasy cerramientosconvidrios.
02OBJETIVO
Elpresentedocumentoestáreferidoaldiseñomedianteelmétododelosestadoslimitespordecapacidad resistenteydeservicio,paravigasIcompactasdoblemente simétricas.
03
BASESPARAELDISEÑO
Normas Nacionales
1. NCh427/12016.Construcción-Estructurasdeacero-Parte1:Requisitosparaelcálculodeestructurasdeaceroparaedificios
Normas Internacionales
1.
2.
ANSI/AISC360-22.SpecificationforStructuralSteelBuildings
AISIManualCold-FormedSteelDesign2008Edition
Documentos Técnicos
1. STEELDESIGNGUIDE9.TorsionalAnalysisofStructuralSteelMembers
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01
byIng.AngelManrique
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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 05
5.1. CONDICIONES DE APOYO Separaciónentreapoyos mm6000 L x Figura1.Condicionesdeapoyodeviga Numerodearriostramientoslaterales Nlat 1 5.2. GEOMETRÍA Y PROPIEDADES MECÁNICAS HSS200x100x6 Tipodeperfil Alturatotaldedelperfil mm 200 hHSS Anchodelaladelperfil mm 200 bHSS Espesordelperfil mm 6 eHSS Radiodeplegado mm 9 rple 2 cm 45.6329 AHSS Áreadelasección m kgf 35.82 PmlHSS Pesoporml Figura2.Geometría 4 cm 2830.31 IxHSS InerciaX 4 cm 2830.31 I yHSS 3 cm 329.67 ZxHSS InerciaYModuloPlàsticoX 3 cm 283.03 SxHSS 3 cm 329.67 Z yHSS ModuloelàsticoXModuloPlàsticoY 3 cm 283.03 SyHSS 4 cm 3271.07 JHSS ModuloelàsticoYConstanteTorsional
CALIDADDELOSMATERIALES 4.1
GEOMETRÍAYCONDICIONESDEAPOYO
CARGASYSOLICITACIONES
6.1.
6.2.
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CARGAS MAYORADAS m kgf 500 qcrf Cargadediseñosentidofuerte(Incluyepesopropio) m kgf 350 qcs Cargadediseñopordeflexión(Incluyepesopropio)
SOLICITACIONES Sentido fuerte 2250mkgf 8 2 L x qcrf Macf Momentoactuantemáximodediseñosentidofuerte kgf 1500 2 L x qcrf Vacf Cortanteactuantemáximodediseñosentidofuerte
DISEÑOPORCAPACIDADRESISTENTE
7.1. LIMITACIONES GEOMÉTRICAS
TablaB4.1bAISC360-22
7.2. CAPACIDAD RESITENTE SENTIDO FUERTE
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atiezadas 31.68 f ys E s 1.12 »pf Relaciónlímiteancho/espesordealascompactas
39.6 f ys E s 1.4 »rf
eHSS eHSS r
2 bHSS
fE
"ALA COMPACTA" Almas atiezadas 68.45 f ys E s 2.42 » pw Relaciónlímiteancho/espesordealmascompactas
161.22 f ys E s 5.70 » rw Relaciónlímiteancho/espesordealmasesbeltas
eHSS eHSS 2 hHSS
Relaciónancho/espesordelalma
"ALMA COMPACTA"
Alas
TablaB4.1bAISC360-22
Relaciónlímiteancho/espesordealasesbeltas
ple
»
Relaciónancho/espesordelalas TablaB4.1bAISC360-22 29.33 »fE
TablaB4.1bAISC360-22
TablaB4.1bAISC360-22
» wE
TablaB4.1bAISC360-22 31.33 » wE
Capacidad resistente al momento flector Factordeminoraciónalmomentoflector Art.F1.a.AISC360-22 0.90 ×b Resistencianominalamomentoporfluencia Esfuerzodelfluencia MPa 250 f ys 3 cm 329.67 ZxHSS Módulodesecciònplàstico Momentoresistentenominalporfluencia Ec.F7-1.AISC360-22 8404.14mkgf ZxHSS f ys Mnf1
Resistencianominalamomentoporpandeolocaldelala
Alascompactas
Momentoporpandeolocaldelala
Alasnocompactas
Relaciónlímiteancho/espesordealascompactas
Relaciónancho/espesordelasalas
Alasesbeltas Relaciónlímiteancho/espesordealasesbeltas
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"APLICA"
Ec.F7-2.AISC360-22 8404.14mkgf Mnf1 Mnf2a
TablaB4.1bAISC360-22 31.68 »pf
TablaB4.1bAISC360-22 29.33 »fE »pf »rf »pf »fE SxHSS f ys Mnf1 Mnf1 Mnf2b1
Mnf2b1 min Mnf1 Mnf2b1 Mnf2b 8404.14mkgf Mnf2b "NO APLICA"
Momentoporpandeolocaldelala Ec.F7-2.AISC360-22 8756.17mkgf
TablaB4.1bAISC360-22 39.6 »rf
TablaB4.1bAISC360-22 29.33 »fE Formadelasecci'ontransversal "CUADRADA" Anchoefectivorealdelasección mm 176 eHSS rple 2 bHSS b f ys E s b 0.38 eHSS 1 f ys E s eHSS 1.92 be1 Anchoefectivodealasesbeltaspara secciónrectangular Ec.F7-4.AISC360-22 mm 206.4457 be1 "NO APLICA" f ys E s b 0.34 eHSS 1 f ys E s eHSS 1.92 be2 Anchoefectivodealasesbeltaspara seccióncuadrada Ec.F7-5.AISC360-22 mm 219.013 be2 "APLICA" Anchoefectivomáximodelasección mm 176 bb e3 Anchoefectivo mm 176 b e 3 cm 283.0305 SxHSSbe Moduloelásticodelasecciónefectiva
Relaciónancho/espesordelalas
Momentoporpandeolocaldelala
Ec.F7-3.AISC360-22 SxHSSbe f ys Mnf2c
7215.27mkgf Mnf2c "NO APLICA"
Resistencianominalamomentopor pandeolocaldelala Art.F7.2AISC360-22
8404.14mkgf Mnf2 "ALA COMPACTA"
Resistencianominalamomentoporpandeolocaldelalma
Almascompactas
Momentoporpandeolocaldelalma Ec.F7-2.AISC360-22
Almasnocompactas
8404.14mkgf Mnf1 Mnf3a "APLICA"
Relaciónlímiteancho/espesordealmascompactas TablaB4.1bAISC360-22
Ec.F7-6.AISC360-22
Alasesbeltas
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68.45
» pw
31.33 » wE » pw » rw » pw » wE SxHSS f ys Mnf1 Mnf1 Mnf3b1
Relaciónancho/espesordelasalmas TablaB4.1bAISC360-22
Momentoporpandeolocaldelalma
8879.76mkgf Mnf3b1 min Mnf1 Mnf3b1 Mnf3b 8404.14mkgf Mnf3b "NO APLICA"
Relaciónlímiteancho/espesordealmasesbeltas TablaB4.1bAISC360-22 161.22 » rw Relaciónancho/espesordelalmas TablaB4.1bAISC360-22 31.33 » wE 2.1364 eHSS eHSS rple 2 bHSS eHSS eHSS 2 hHSS 2 a w
compresiónaláreadelalaencompresión mm 188 eHSS 2 hHSS 2 hcHSS DobledeladistanciadesdeelCGdelperfil alinteriordelalaencompresiòn Art.F4.2.6.ii.AISC360-22 min 1 f ys E s 5.7 eHSS hcHSS a w 3001200 a w 1 R pg Factordereduccióndela resistenciaalaflexión Ec.F5-6.AISC360-22 1 R pg
Relaciónde2veceseláreadelalmaen
Art.F7.2AISC360-22
Momentoresistentenominal porpandeolateraltorsional
STEELDESIGN01.Vigastubulares.AISC360-22 Página 9 de 12 byIng.AngelManrique Momentoporpandeolocaldelalma
SxHSS f ys R pg Mnf3c 7215.2697mkgf Mnf3c "NO APLICA" Resistencianominalamomentopor pandeolocaldelalma
8404.14mkgf Mnf3 "ALMA COMPACTA" Resistencianominalamomentoporpandeolateraltorsional mm 3000 1 Nlat L x Lb Longituddearriostramiento Art.F2.2.AISC360-22 mm 9598.89 Mnf1 AHSS JHSS ryHSS E s 0.13 L p Longitudlímitenoarriostradaparaelestado límitedefluencia Ec.F7-12.AISC360-22 mm 245725.34 SxHSS f ys 0.7 AHSS JHSS ryHSS E s 2 L r Longitudlímitenoarriostradaparaelestado límitedetorsiónlateralinelástica Ec.F7-13.AISC360-22 Factordemodificacióndepandeolateraltorsional 1687.5mkgf 8 2 L x qcrf 4 3 M A Momentoubicadoauncuarto delsegmentonoarriostrado 2250mkgf 8 2 L x qcrf M B Momentoubicadoenelcentro delsegmentonoarriostrado 1687.5mkgf 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
Ec.F2-1.AISC360-22
Ec.F7-7.AISC360-22
pandeolateraltorsional
Ec.F7-(10,11).AISC360-22 8404.14mkgf Mnf1 Mnf4a "LbfLp. APLICA" min Mnf4a L p L r L p Lb SxHSS f ys 0.7 Mnf1 Mnf1 Cb Mnf4b 8404.14mkgf Mnf4b "NO APLICA" min Mnf4a Lb AHSS JHSS ryHSS Cb E s 2 Mnf4c 8404.14mkgf Mnf4c "NO APLICA" 8404.14mkgf Mnf4
STEELDESIGN01.Vigastubulares.AISC360-22 Página 10 de 12 byIng.AngelManrique Momentoresistentenominal min Mnf1 Mnf3 Mnf2 Mnf1 ×b Mnf Momentoresistentenominal 7563.72mkgf Mnf Capacidad resistente al cortante Resistencianominalalcortesentidofuerte Factordeminoracionalcortante Art.G1.AISC360-22 0.9 ×v Alturaresistentealesfuerzocortante mm 170 rple 2 eHSS 2 hHSS h vw 2 cm 20.4 eHSS h vw 2 A w Áreadelalma Art.G4.AISC360-22 Coeficientedepandeoporcortantedelalma Art.G4.AISC360-22 5 k v Coeficientederesistenciaalpandeoporcortantedelalma f ys E s k v 1.10 eHSS h vw 1 Cv2a "APLICA" f ys E s k v 1.10 h vw eHSS Cv2b f ys E s k v 1.37 eHSS h vw f ys E s k v 1.10 "NO APLICA" 2.46 Cv2b 7.52 f ys 2 eHSS h vw E s k v 1.51 Cv2c f ys E s k v 1.37 eHSS h vw "NO APLICA" 1 Cv2 Cortanteresistentenominal kgf 28082.98 f ys Cv2 A w 0.6 ×v Vnf
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a flexión uniaxial Momentoactuantemáximodediseñosentidofuerte 2250mkgf Macf Momentoresistentemáximosentidofuerte 7563.72mkgf Mnf 1 Mnf Macf Factordeutilizaciónamomento Ec.H1-1b.AISC360-22 % 29.75 "OK"
a corte Cortanteactuantemáximodediseñosentidofuerte kgf 1500 Vacf Resistencianominalalcortesentidofuerte kgf 28082.98 Vnf 1 Vnf Vacf Factordeutilizaciónacortante % 5.34 "OK"
7.4. RESUMEN DE DISEÑO POR CAPACIDAD RESISTENTE Diseño
Diseño
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 10.23 I xHSS E s 384 4 L x qcs 5 D max Deformaciónmáximadelaviga 1 Dlim D max Factordeutilizaciónpordeflexión % 61.39 "OK"
