F.2.3 — Diseño por estabilidad

F.2.3.1.1 — Método de análisis directo

El método de diseño por análisis directo, que consiste en el cálculo de las resistencias requeridas de acuerdo con el numeral F.2.3.2 y el cálculo de las resistencias de diseño de acuerdo con el numeral F.2.3.3, se considera válido para todo tipo de estructuras.

F.2.3.1.2 — Métodos alternos

El método de la longitud efectiva y el método de análisis de primer orden, que se presentan en el numeral F.2.21, son válidos como métodos alternos en lugar del método de análisis directo para estructuras que satisfagan las limitaciones que en dicho numeral se establecen.

F.2.3.2.1 — Requisitos generales del análisis

El análisis de la estructura deberá ajustarse a los siguientes requerimientos:

• (1) El análisis tendrá en cuenta deformaciones por flexión, cortante y carga axial en los miembros, y cualesquier otras deformaciones en los componentes y conexiones que puedan contribuir a los desplazamientos de la estructura. El análisis incorporará las reducciones aplicables en todas las rigideces que se considere contribuyan a la estabilidad de la estructura, según se especifica en el numeral F.2.3.2.3.
• (2) Se ejecutará un análisis de segundo orden que considere tanto los efectos P − Δ como los efectos P − δ, excepto que se permite despreciar los efectos P − δ en la respuesta de la estructura cuando se satisfacen las siguientes condiciones: (a) La estructura soporta las cargas de gravedad principalmente a través de columnas, muros y pórticos verticales; (b) la relación entre la máxima deriva del análisis de segundo orden y la máxima deriva del análisis de primer orden (ambas obtenidas usando cargas mayoradas, con las rigideces ajustadas según se especifica en el numeral F.2.2.3) es menor o igual que 1.7 para todos los pisos; y (c) no más de un tercio del total de las cargas de gravedad sobre la estructura está soportado por columnas que forman parte de pórticos resistentes a momento en la dirección de desplazamiento en consideración. Es necesario considerar en todos los casos los efectos P − δ para la evaluación de los miembros individuales bajo solicitaciones de compresión y flexión.

Se permite un análisis de segundo orden con efectos P − Δ únicamente (o sea despreciando los efectos P − δ en la respuesta de la estructura) bajo las condiciones enumeradas. El requerimiento de considerar los efectos P − δ al evaluar los miembros individuales puede ser satisfecho mediante la aplicación del factor B1 definido en el numeral F.2.22.

Se permite el uso del método aproximado de análisis de segundo orden que se presenta en el numeral F.2.22 como método alterno en lugar de un análisis riguroso de segundo orden.

• (3) El análisis considerará todas las cargas de gravedad y otras cargas aplicadas que tengan influencia en la estabilidad de la estructura.

Es importante incluir en el análisis todas las cargas de gravedad, incluyendo las cargas que actúan sobre columnas dependientes y sobre otros elementos que no forman parte del sistema de resistencia a cargas laterales.

• (4) El análisis de segundo orden se ejecutará para las combinaciones de cargas mayoradas.

F.2.3.2.2 — Consideración de las imperfecciones iniciales

El efecto de las imperfecciones iniciales en la estructura se tendrá en cuenta ya sea introduciendo directamente dichas imperfecciones en el modelo para el análisis según se especifica en el numeral F.2.3.2.2.1 o aplicando cargas ficticias según se especifica en la sección F.2.3.2.2.2.

Las imperfecciones que se consideran en este numeral son aquellas relativas a los puntos de intersección de miembros. En estructuras de edificios típicas, la imperfección más importante de este tipo es el desplome de las columnas. En este numeral no se trata la desviación de la rectitud inicial de los miembros individuales; ella se tiene en cuenta en las provisiones de diseño para miembros a compresión del numeral F.2.5 y no necesita ser considerada explícitamente en el análisis siempre y cuando esté dentro de los límites definidos en el Código de Prácticas Estándar para Estructuras Metálicas (ICONTEC).

F.2.3.2.3 — Reducción de la rigidez

En el análisis de la estructura para obtener las resistencias requeridas de los componentes se usarán rigideces reducidas, como sigue:

• (1) Se aplicará un factor de 0,8 a los valores de todos los parámetros de rigidez que se considere contribuyan a la estabilidad de la estructura. Es aceptable extender la aplicación de este factor de reducción a todos los parámetros de rigidez de la estructura.

El aplicar la reducción de la rigidez a unos miembros y no aplicarla a otros puede, en algunos casos, resultar en una distorsión artificial de la estructura bajo carga y llevar a una redistribución no deseada de las fuerzas. Esto puede evitarse mediante la aplicación de la reducción a todos los miembros, incluyendo aquéllos que no contribuyen a la estabilidad de la estructura.

• (2) Un factor adicional, τb, se aplicará a la rigidez flexional de todos los miembros cuyas rigideces flexionales se considere contribuyan a la estabilidad de la estructura.
• (a) Cuando Pu/Py ≤ 0.5

• (b) Cuando Pu/Py > 0.5

donde:

Tomadas conjuntamente, las condiciones (1) y (2) requieren usar en el análisis 0.8τb veces la rigidez flexional elástica nominal, y 0.8 veces las otras rigideces elásticas nominales, para los miembros estructurales de acero.

• (3) En estructuras en las cuales sea aplicable el numeral F.2.3.2.2.2, en lugar de usar τb < 1.0 donde se tenga Pu/Py > 0.5, se permite usar τb = 1.0 para todos los miembros, Tb < 1.0 cuando αPr/Py > 0.5 siempre y cuando se aplique en todos los niveles una carga ficticia igual a 0.001Yi, con Yi como se define en el numeral F.2.3.2.2.2(1), y con la dirección especificada en la sección F.2.3.2.2.2(2), en todas las combinaciones de cargas. Estas cargas ficticias se aplicarán en adición a aquéllas usadas para tener en cuenta las imperfecciones iniciales y no estarán sujetas a lo estipulado en el numeral F.2.3.2.2.2(4).
• (4) Donde se considere que algunos componentes en materiales distintos de acero estructural contribuyen a la estabilidad de la estructura y las respectivas secciones de este Reglamento requieran una mayor reducción en la rigidez para dichos materiales, deberán aplicarse tales reducciones de rigidez a esos componentes.