F.2.2 — Requisitos de diseño

F.2.2.3.1 — Resistencia requerida

La resistencia requerida de cada uno de los miembros y conexiones estructurales se determinará con base en el análisis estructural para las combinaciones de carga apropiadas según el numeral F.2.2.2.

Se permite diseñar con base en un análisis elástico, inelástico o plástico. Las provisiones para análisis inelástico y análisis plástico se establecen en el numeral F.2.15, Diseño con Análisis Inelástico.

F.2.2.3.2 — Estados límites

El diseño se basará en el principio de que ningún estado límite de resistencia o de servicio será excedido cuando la estructura sea sometida a cada una de las combinaciones de carga aplicables.

F.2.2.3.3 — Diseño para estados límites de resistencia

Se considera que el diseño satisface los requisitos de este Capítulo cuando la resistencia de diseño de cada componente estructural es mayor o igual que la resistencia requerida calculada de acuerdo con el numeral F.2.2.3.1. Esta condición se traduce en la ecuación F.2.2.3-1:

donde:

F.2.2.3.4 — Diseño para estabilidad

Las condiciones de estabilidad de la estructura y sus elementos se determinarán de acuerdo con los requisitos del numeral F.2.3.

F.2.2.3.5 — Diseño de conexiones

Los elementos de conexión deben diseñarse de acuerdo con los requisitos de los numerales F.2.10 y F.2.11. Las fuerzas y deformaciones usadas en el diseño deben ser consistentes con el funcionamiento esperado de la conexión y con las suposiciones formuladas en el análisis estructural. Se admiten deformaciones autolimitadas en las conexiones. En sus puntos de apoyo, las vigas y armaduras deberán estar restringidas contra la rotación alrededor de su eje longitudinal, excepto cuando mediante análisis se puede demostrar que dicha restricción no es necesaria.

F.2.2.3.6 — Redistribución de momentos en vigas

Las vigas y viguetas conformadas por secciones compactas como se definen en la sección F.2.2.4.1 y que satisfacen los requisitos de longitud no arriostrada de la sección F.2.6.13.5, pueden ser diseñadas para el 90% de los momentos negativos que las cargas gravitacionales producen en los apoyos, calculados mediante un análisis elástico que satisfaga los requisitos del numeral F.2.3, siembre y cuando el momento positivo máximo se incremente en un valor igual al 10% del promedio de los momentos negativos. Esta reducción no se permite para momentos en miembros con un Fy superior a 450 MPa, para miembros híbridos, para momentos producidos por cargas en voladizos, para diseños donde se utilicen conexiones a momento parcialmente restringidas, ni para un diseño basado en análisis inelástico de acuerdo con el numeral F.2.15.

La resistencia requerida a carga axial en viga-columnas no debe exceder a 0.15 φc Fy Ag,

donde:

F.2.2.3.7 — Diafragmas y colectores

Los diafragmas y colectores se diseñarán para las fuerzas que resultan de la aplicación de las cargas prescritas en el numeral F.2.2.2. El diseño de ajustará a las provisiones de los numerales F.2.3 a F.2.10 según sea aplicable.

F.2.2.3.8 — Diseño para condiciones de servicio

Tanto la estructura en su conjunto como cada uno de sus miembros y conexiones deberán ser verificados para las condiciones de servicio. Los requisitos de desempeño para condiciones de servicio se estipulan en el numeral F.2.12.

F.2.2.3.9 — Diseño para empozamiento de agua

El sistema de cubierta se verificará a través del análisis estructural para asegurar que su resistencia y estabilidad sean adecuadas bajo condiciones de empozamiento, a menos que la superficie de la cubierta tenga una pendiente del 2% o mayor hacia los puntos de drenaje libre, o que se proporcione un sistema de drenaje adecuado para impedir la acumulación del agua.

En el numeral F.2.16, Empozamiento, se presentan métodos de verificación del empozamiento.

F.2.2.3.10 — Diseño por fatiga

La fatiga deberá ser considerada de acuerdo con el numeral F.2.17, Diseño por Fatiga, en los miembros y conexiones sujetos a cargas repetidas. En edificios convencionales no se requiere considerar la fatiga por efectos sísmicos o por efectos de cargas de viento, ni sobre el sistema de resistencia a carga laterales ni sobre los componentes del cerramiento.

F.2.2.3.11 — Diseño para condiciones de incendio

En el numeral F.2.18, Diseño para Condiciones de Incendio, se presentan dos métodos de diseño para esta eventualidad: Métodos Analíticos y Ensayos de Calificación.

F.2.2.3.12 — Diseño para efectos de la corrosión

Donde la corrosión pueda afectar la resistencia o las condiciones de servicio de una estructura, los componentes estructurales deberán ser diseñados para tolerar dicha corrosión o deberán ser protegidos contra ella.

F.2.2.3.13 — Anclajes a concreto

El anclaje entre elementos de acero y concreto en acción compuesta deberá ser diseñado de acuerdo con el numeral F.2.9. El diseño de bases de columnas y pernos de anclaje se hará de conformidad con el numeral F.2.10.

F.2.2.4.1 — Clasificación de las secciones para pandeo local

Las secciones solicitadas a compresión se clasifican como secciones sin elementos esbeltos o con elementos esbeltos. Una sección se clasifica como sección sin elementos esbeltos si la relación ancho a espesor no excede el límite λr de la tabla F.2.2.4-1a en ninguno de sus elementos. Si este límite se excede en alguno de los elementos de la sección, ésta se clasifica como sección con elementos esbeltos.

Las secciones solicitadas a flexión se clasifican como secciones compactas, no compactas o con elementos esbeltos. Una sección se clasifica como compacta si sus aletas se conectan continuamente al alma o las almas y la relación ancho a espesor no excede el límite λp de la tabla F.2.2.4-1b en ninguno de sus elementos a compresión. Si la relación ancho a espesor excede el límite λp de la tabla F.2.2.4-1b en alguno de los elementos a compresión, sin que se exceda el límite λr de la misma tabla en ninguno de ellos, la sección se clasifica como sección no compacta. Si la relación ancho a espesor de algún elemento a compresión excede el límite λr de la tabla F.2.2.4-1b, se clasifica como una sección con elementos esbeltos.

F.2.2.4.1.2 — Elementos atiesados

Para elementos atiesados, o sea aquellos con soporte a lo largo de ambos bordes paralelos a la dirección de la fuerza de compresión, el ancho se toma como sigue:

• (a) Para almas de perfiles laminados y perfiles formados, h es la distancia libre entre aletas menos el filete o radio de la esquina en cada aleta; hc es dos veces la distancia entre el centroide de la sección y la cara interna de la aleta a compresión menos el filete o radio de la esquina.
• (b) Para almas de perfiles armados, h es la distancia entre líneas adyacentes de conectores o la distancia libre entre las aletas cuando se usa soldadura, y hc es dos veces la distancia desde el centroide de la sección hasta la línea más próxima de conectores en la aleta a compresión o hasta la cara interior de la aleta a compresión cuando se usa soldadura; hp es dos veces la distancia desde el eje neutro plástico hasta la línea más próxima de conectores en la aleta a compresión o hasta la cara interior de la aleta a compresión cuando se usa soldadura.
• (c) Para cubreplacas o platinas de diafragma en perfiles armados, el ancho b es la distancia entre líneas adyacentes de conectores o entre líneas de soldadura.
• (d) Para las aletas de perfiles tubulares estructurales (PTE) de sección rectangular, el ancho b es la distancia libre entre las almas menos el radio interior de la esquina a cada lado. Para las almas de los mismos perfiles, h es la distancia libre entre las aletas menos el radio de la esquina a cada lado. Si no se conoce el radio de la esquina, b y h deben tomarse como la dimensión externa correspondiente menos tres veces el espesor. El espesor, t, se toma como el espesor de diseño de la pared, según se indica en el numeral F.2.2.4.2.
• (e) Para cubreplacas perforadas, b es la distancia transversal entre las líneas más cercana de conectores, y el área neta de la cubreplaca se toma sobre la perforación de mayor ancho.

Para aletas de perfiles laminados con pendiente en su cara interior, se toma como espesor el valor nominal en el punto medio entre el borde libre y la cara correspondiente del alma.

Tabla F.2.2.4-1a — Valores Límite de la Relación Ancho a Espesor para Elementos de Miembros a Compresión Axial (para aplicar en el numeral F.2.5)

Caso	Descripción del Elemento	Relación Ancho a Espesor	Valores límite de la relación ancho/espesor — λr (no esbelto/esbelto)
Elementos No Atiesados
1	Aletas de perfiles laminados en I, platinas salientes en perfiles laminados en I, aletas salientes de pares de ángulos en contacto continuo, aletas de canales y aletas de secciones en T	b / t	0.56 √(E / Fy)
2	Aletas de perfiles armados en I, y platinas o aletas de ángulos salientes en perfiles armados en I	b / t	0.64 √(kc E / Fy) (a)
3	Aletas de ángulos sencillos, aletas de ángulos dobles con separadores, y otros elementos no atiesados no incluidos en los casos 1, 2 y 4	b / t	0.45 √(E / Fy)
4	Almas de secciones en T	d / t	0.75 √(E / Fy)
Elementos Atiesados
5	Almas de perfiles en I de simetría doble y almas de canales	h / tw	1.49 √(E / Fy)
6	Paredes de perfiles tubulares estructurales (PTE) y perfiles en cajón, de sección rectangular y espesor uniforme	b / t	1.40 √(E / Fy)
7	Cubreplacas de aleta y platinas de diafragma entre líneas de conectores o soldaduras.	b / t	1.40 √(E / Fy)
8	Todos los demás elementos atiesados	b / t	1.49 √(E / Fy)
9	Perfiles tubulares estructurales (PTE) de sección circular	D / t	0.11 E / Fy

Columna «Ejemplos» de la Tabla F.2.2.4-1a en las páginas originales del PDF: secciones transversales de cada caso (perfiles en I, T, canales, ángulos, cubreplacas y PTE rectangulares y circulares) con el ancho b, d, h o D y el espesor t o tw acotados.

Tabla F.2.2.4-1b — Valores Límite de la Relación Ancho a Espesor para Elementos a Compresión en Miembros a Flexión (para aplicar en los numerales F.2.6 y F.2.15)

Caso	Descripción del Elemento	Relación Ancho a Espesor	Valores límite de la relación ancho/espesor — λp (compacto/no compacto)	Valores límite de la relación ancho/espesor — λr (no compacto/Esbelto)
Elementos No Atiesados
10	Aletas de perfiles laminados en I, canales y secciones en T	b / t	0.38 √(E / Fy)	1.0 √(E / Fy)
11	Aletas de perfiles armados en I, de simetría doble o simple	b / t	0.38 √(E / Fy)	0.95 √(kc E / FL) (a) (b)
12	Aletas de ángulos sencillos	b / t	0.54 √(E / Fy)	0.91 √(E / Fy)
13	Aletas de todo tipo de perfiles en I y canales en flexión sobre su eje menor	b / t	0.38 √(E / Fy)	1.0 √(E / Fy)
Elementos Atiesados
14	Almas de secciones en T	d / t	0.84 √(E / Fy)	1.03 √(E / Fy)
15	Almas de perfiles en I de simetría doble y canales	h / tw	3.76 √(E / Fy)	5.70 √(E / Fy)
16	Almas de perfiles en I de simetría simple (c)	hc / tw	(hc / hp) √(E / Fy) / (0.54 Mp / My − 0.09)² ≤ λr	5.70 √(E / Fy)
17	Aletas de perfiles tubulares estructurales (PTE) y perfiles en cajón, de sección rectangular y espesor uniforme	b / t	1.12 √(E / Fy)	1.40 √(E / Fy)
18	Cubreplacas de aleta y platinas de diafragma entre líneas de conectores o soldaduras	b / t	1.12 √(E / Fy)	1.40 √(E / Fy)
19	Almas de perfiles tubulares estructurales (PTE) y perfiles en cajón, de sección rectangular	h / t	2.42 √(E / Fy)	5.70 √(E / Fy)
20	Perfiles tubulares estructurales (PTE) de sección circular	D / t	0.07 E / Fy	0.31 E / Fy

Para las tablas F.2.2.4.1a y F.2.2.4.1b:

(a) kc = 4 / √(h / tw) pero no se tomará menor que 0.35 ni mayor que 0.76 (véanse los casos 2 y 4)

(b) FL = 0.7Fy para flexión sobre el eje de menor inercia, flexión sobre el eje de mayor inercia en perfiles en I armados de alma esbelta, y flexión sobre el eje de mayor inercia en perfiles en I armados de alma compacta o no compacta con Sxt / Sxc ≥ 0.7; FL = Fy (Sxt / Sxc) ≥ 0.5Fy para flexión sobre el eje de mayor inercia en perfiles en I armados de alma compacta o no compacta con Sxt / Sxc < 0.7 (véase el caso 11)

(c) My: momento de fluencia determinado con el módulo elástico mínimo de la sección (N-mm)

Mp: momento plástico de la sección (N-mm)

E: módulo de elasticidad del acero (MPa)

Fy: resistencia mínima especificada a la fluencia (MPa)

Columna «Ejemplos» de la Tabla F.2.2.4-1b en las páginas originales del PDF: secciones transversales de cada caso (perfiles en I, T, canales, ángulos, cubreplacas y PTE) con el ancho b, d, h, hc, hp o D y el espesor t o tw acotados; en el caso 16, el centro de gravedad (CG) y el eje neutro plástico (ENP).

F.2.2.4.2 — Espesor de diseño de la pared para perfiles tubulares estructurales (PTE)

En los cálculos que involucren el espesor de la pared de un PTE, debe usarse un espesor de diseño, t, igual a 0.93 veces el espesor nominal de la pared si el PTE fue fabricado con soldadura por resistencia eléctrica (ERW), e igual al espesor nominal de la pared si el PTE fue fabricado con soldadura por arco sumergido (SAW).

En la producción de los tubos ASTM A500 y ASTM A53 Grado B se utiliza el proceso ERW. Los tubos calidad ASTM A53 Grado B pueden diseñarse usando las provisiones de este Capítulo para PTE circulares. El proceso de soldadura SAW se aplica en la producción de tubos con secciones transversales de dimensiones mayores que las permitidas por la norma ASTM A500.

F.2.2.4.3 — Determinación del área bruta y el área neta