F.3.5 — Pórticos resistentes a momento (PRM)
Pórticos resistentes a momento DMI, DMO y DES: conexiones TR y PR, cortante Emh, relación de momentos ΣM*pc / ΣM*pb > 1, zona de panel, placas de continuidad (F.3.5.3-8 a F.3.5.3-11), pórticos con cerchas dúctiles y columnas en voladizo.
Este numeral establece las bases de diseño, y los requisitos para el análisis, el sistema, miembros y conexiones para PRM-DMI, DMO, DES y pórticos con cerchas dúctiles (PCD), y sistemas de columnas de acero en voladizo (SCV).
Se incluyen las siguientes secciones:
- F.3.5.1 — Pórticos resistentes a momentos con capacidad de disipación de energía mínima (PRM-DMI)
- F.3.5.2 — Pórticos resistentes a momentos con capacidad de disipación de energía moderada (PRM-DMO)
- F.3.5.3 — Pórticos resistentes a momentos con capacidad de disipación de energía especial (PRM-DES).
- F.3.5.4 — Pórticos con cerchas dúctiles (PCD)
- F.3.5.5 — Sistemas de columnas en voladizo con capacidad de disipación de energía mínima (SCV-DMI).
- F.3.5.6 — Sistemas de columnas en voladizo con capacidad de disipación de energía especial (SCV-DES).
F.3.5.1 — Pórticos resistentes a momentos con capacidad de disipación de energía mínima (PRM-DMI)
F.3.5.1.1 — Alcance
Los Pórticos resistentes a momento con capacidad mínima de disipación de energía (PRM-DMI) deben diseñarse de acuerdo con esta sección.
F.3.5.1.2 — Bases de diseño
Los PRM-DMI son diseñados para resistir deformaciones inelásticas mínimas en sus miembros y conexiones.
F.3.5.1.3 — Análisis
No se especifican requisitos especiales de análisis.
F.3.5.1.4 — Requisitos del sistema
No se especifican requisitos especiales al sistema.
F.3.5.1.5 — Miembros
No se especifican requisitos especiales a las relaciones ancho-espesor ni de arriostramiento para la estabilidad de vigas o uniones, adicionales a las requeridas en el Título F.2, para miembros de PRM-DMI. Tampoco se consideran zonas protegidas en este sistema. Se permite la utilización de vigas formadas con perfiles de acero compuestas con placas de concreto reforzado para resistir cargas de gravedad.
F.3.5.1.6 — Conexiones
Las conexiones viga-columna pueden ser totalmente restringidas (TR) ó parcialmente restringidas (PR) de acuerdo con esta sección.
F.3.5.1.6.1 — Soldaduras de demanda crítica
Las soldaduras acanaladas de penetración completa de las aletas de las vigas a las columnas son soldaduras de demanda crítica y deben satisfacer los requisitos de la sección F.3.1.3.4.2.
F.3.5.1.6.2 — Conexiones a momento totalmente restringidas (TR)
Las conexiones totalmente restringidas que formen parte del SRS deben satisfacer al menos una de las siguientes condiciones:
- (1) Deben diseñarse para una resistencia a la flexión requerida igual a 1.1RyMp de la viga.
La resistencia requerida a cortante Vu de la conexión debe basarse en las combinaciones de carga del Título B incluyendo la carga sísmica amplificada, en la cual el efecto de las fuerzas horizontales incluyendo la sobreresistencia deben ser tomadas como:
| Emh = 2 (1.1 Ry Mp) / Lcf | (F.3.5.1-1) |
donde:
| Símbolo | Significado |
|---|---|
| Ry | = relación del esfuerzo de fluencia esperado y el mínimo especificado, Fy |
| Mp | = Fy Z, N-mm |
| Lcf | = longitud libre de la viga, mm |
- (2) Las conexiones TR deben diseñarse para una resistencia a la flexión requerida y una resistencia a cortante requerida igual al momento máximo y su correspondiente cortante que pueda ser transmitido a la conexión por el sistema, incluyendo los efectos de la sobreresistencia del material y el endurecimiento por deformación. Los factores que pueden limitar este momento máximo y su cortante correspondiente incluyen:
- (a) La resistencia de la columna
- (b) La resistencia de la cimentación al levantamiento
Para las opciones (1) y (2) de este numeral se deben colocar placas de continuidad como se especifica en los numerales F.2.10.10.1, F.2.10.10.2 y F.2.10.10.3. El momento usado para revisar las placas de continuidad debe ser el mismo que se use para el diseño de la conexión viga-columna; en otras palabras, 1.1RyMp o el máximo momento que pueda ser transferido a la conexión por el sistema.
- (3) Las conexiones TR entre vigas y columnas deben satisfacer los requisitos de la sección F.3.5.2.6 o F.3.5.3.6, o cumplir con los siguientes requisitos:
- (a) Todas las soldaduras de la conexión viga-columna deben satisfacer los requisitos del Capítulo 3 de la Norma ANSI/AISC 358.
- (b) Las aletas de la viga deben conectarse a las aletas de la columna usando soldaduras acanaladas de penetración completa.
- (c) La forma de los agujeros de acceso debe estar de acuerdo con la sección 6.9.1.2 de AWS D1.8 y los requisitos de calidad de la cláusula 6.9.2.de la misma.
- (d) Las placas de continuidad deben cumplir los requisitos del numeral F.3.5.3.6.6, excepto que las soldaduras de las placas de continuidad a las aletas de la columna pueden ser acanaladas de penetración completa, acanaladas de penetración parcial por dos lados, o filetes por ambos lados. La resistencia requerida de estas uniones no debe ser menor que la resistencia de diseño del área de contacto de la placa con la aleta de la columna.
- (e) El alma de la viga debe estar conectada a la aleta de la columna mediante una soldadura acanalada de penetración completa entre los agujeros de acceso, o mediante una conexión con placa de cortante sencilla atornillada diseñada para la resistencia a cortante requerida de la ecuación F.3.5.1-1
Para conexiones TR, la resistencia de la zona de panel debe revisarse de acuerdo con el numeral F.2.10.10.6. La resistencia requerida a cortante de la zona de panel debe basarse en los momentos en el extremo de la viga calculados con las combinaciones de carga del Título B, sin incluir la carga sísmica amplificada.
F.3.5.1.6.3 — Conexiones a momento parcialmente restringidas (PR)
Las conexiones parcialmente restringidas deben cumplir los siguientes requisitos:
- (1) Estas conexiones deben diseñarse para el momento máximo y cortante de las combinaciones de carga de los numerales F.3.2.2 y F.3.2.3.
- (2) La rigidez, resistencia y capacidad de deformación de la conexión a momento PR debe considerarse en el diseño, incluyendo su efecto en la estabilidad general de la estructura.
- (3) La resistencia nominal a flexión de la conexión, MnPR, no debe ser menor que 0.5Mp de la viga conectada, excepto para estructuras de un nivel en las que MnPR no debe ser menor que 0.5Mp de la columna conectada.
- (4) Para conexiones PR, Vu debe determinarse de acuerdo con el numeral F.3.5.1.6.2 (1) tomando MnPR como Mp en la ecuación F.3.5.1-1.
F.3.5.2 — Pórticos resistentes a momentos con capacidad de disipación de energía moderada (PRM-DMO)
F.3.5.2.1 — Alcance
Los PRM-DMO deben diseñarse de acuerdo con esta sección.
F.3.5.2.2 — Bases de diseño
Los PRM-DMO deben ser capaces de desarrollar una capacidad de deformación inelástica limitada a partir de la fluencia por flexión de las vigas y columnas, y fluencia por cortante de la zona de panel en la columna. El diseño de las conexiones vigas-columna, incluyendo la zona de panel y sus placas de continuidad, debe basarse en ensayos que garanticen el desempeño requerido en F.3.5.2.6.2, y demostrar su conformidad como se requiere en F.3.5.2.6.3.
F.3.5.2.3 — Análisis
No se especifican requisitos de diseño especiales.
F.3.5.2.4 — Requisitos del sistema
F.3.5.2.4.1 — Arriostramiento para la estabilidad de las vigas
Las vigas deben arriostrarse para satisfacer los requisitos de miembros de ductilidad moderada del numeral F.3.4.1.2.1.
Adicionalmente, a menos que se indique de otra forma mediante ensayos, los arriostramientos de vigas deben colocarse cerca de las fuerzas concentradas, en los cambios en la sección transversal y en otras ubicaciones donde los análisis indiquen que se puede formar una rótula plástica durante la deformación inelástica del PRM-DMO. La colocación del arriostramiento debe ser consistente con la documentada para una conexión precalificada de acuerdo a ANSI/AISC 358, o como se determine en una precalificación de conexión de acuerdo con la sección F.3.11.1 o en un programa de ensayos de calificación de acuerdo con F.3.11.2.
La resistencia requerida del arriostramiento lateral adyacente a las rótulas plásticas debe ser como se requiere en el numeral F.3.4.1.2.3.
F.3.5.2.5 — Miembros
F.3.5.2.5.1 — Requisitos básicos
Los miembros para vigas y columnas deben satisfacer los requisitos del numeral F.3.4.1 para miembros con ductilidad moderada, a menos que los ensayos de calificación lo precisen.
Las vigas con perfiles de acero pueden ser compuestas con una placa de concreto reforzado para resistir las cargas de gravedad.
F.3.5.2.5.2 — Aletas de vigas
No se permiten cambios abruptos en la aleta de la viga en las zonas de rótulas plásticas. Tampoco se permiten perforaciones en la aleta o recortes en el ancho de la aleta a menos que los ensayos de calificación demuestren que la configuración resultante puede desarrollar rótulas plásticas estables. La configuración debe ser consistente con la correspondiente a una conexión precalificada de acuerdo a ANSI/AISC 358, o como se determine en una precalificación de conexión de acuerdo con la sección F.3.11.1 o en un programa de ensayos de calificación de acuerdo con F.3.11.2.
F.3.5.2.5.3 — Zonas protegidas
La región que en cada extremo de la viga esté sujeta a deformaciones inelásticas es una zona protegida, y debe satisfacer los requisitos del numeral F.3.4.1.3. La extensión de la zona protegida debe estar de acuerdo con ANSI/AISC 358, o como se determine en una precalificación de conexión de acuerdo con la sección F.3.11.1 o en un programa de ensayos de calificación de acuerdo con F.3.11.2.
Las zonas de rótulas plásticas en los extremos de vigas en PRM-DMO deben tratarse como zonas protegidas. Las zonas de rótula plástica deben establecerse a partir de una precalificación o programa de calificación para la conexión, de acuerdo con el numeral F.3.5.2.6.3. En general, para conexiones sin reforzar, la zona protegida se ubica desde la cara de la columna y hasta una distancia igual a la mitad del peralte de la viga, más allá de la rótula plástica.
F.3.5.2.6 — Conexiones
F.3.5.2.6.1 — Soldaduras de demanda crítica
Las siguientes soldaduras deben considerarse de demanda crítica y satisfacer los requisitos del numeral F.3.1.3.4.2:
- (1) Soldaduras acanaladas en empalmes de columna.
- (2) Soldaduras de la conexión columna-placa de base, excepto cuando pueda demostrarse que puede impedirse la formación de la rótula en la columna o cerca de la placa de base mediante restricciones, y en ausencia de tensiones netas bajo las combinaciones de carga que incluyen la carga sísmica amplificada.
- (3) Las soldaduras acanaladas de penetración completa de las aletas de vigas y almas de vigas a las columnas, a menos que se especifique otra cosa en ANSI/AISC 358, o como se determine en una precalificación de conexión de acuerdo con la sección F.3.11.1 o en un programa de ensayos de calificación de acuerdo con F.3.11.2.
F.3.5.2.6.2 — Requisitos de las conexiones viga-columna
Las conexiones viga-columna del SRS deben satisfacer los siguientes requisitos:
- (1) La conexión debe ser capaz de acomodar un ángulo de deriva de piso de 0.02 radianes como mínimo.
- (2) La resistencia medida a flexión de la conexión, determinada en la cara de la columna, debe ser por lo menos 0.8Mp de la viga conectada a un ángulo de deriva de piso de 0.02 radianes.
F.3.5.2.6.3 — Validación de la conexión
La conexión viga-columna del SRS debe satisfacer los requisitos de la sección F.3.5.2.6.2 mediante una de las siguientes condiciones:
- (1) Uso de conexiones PRM-DMO de acuerdo con ANSI/AISC 358.
- (2) Uso de una conexión precalificada PRM-DMO de acuerdo con F.3.11.1.
- (3) Especificaciones de resultados de ensayos cíclicos de calificación de acuerdo con F.3.11.2. Deben realizarse al menos dos ensayos de la conexión y pueden basarse en una de las consideraciones siguientes:
- (a) Ensayos reportados en artículos de investigación o ensayos documentados realizados para otros proyectos que representen las condiciones del proyecto, con los límites especificados en el numeral F.3.11.2.
- (b) Ensayos enfocados específicamente para el proyecto que sean representativos de los tamaños de los miembros, resistencia del material, configuración de conexiones, procesos constructivos de la conexión, con los límites especificados en F.3.11.2.
F.3.5.2.6.4 — Resistencia a cortante requerida
La resistencia requerida a cortante Vu de la conexión debe basarse en las combinaciones de carga del Título B incluyendo la carga sísmica amplificada, en la cual el efecto de las fuerzas horizontales incluyendo la sobreresistencia deben ser calculadas como:
| Emh = 2 (1.1 Ry Mp) / Lh | (F.3.5.2-1) |
donde:
| Símbolo | Significado |
|---|---|
| Ry | = relación del esfuerzo de fluencia esperado y el mínimo especificado, Fy |
| Mp | = Fy Z, N-mm |
| Lh | = distancia entre rótulas plásticas, mm. |
En lugar de la ecuación F.3.5.2-1, la resistencia requerida a cortante de la conexión debe ser la que se especifica en ANSI/AISC 358, o como se determine en una precalificación de conexión de acuerdo con la sección F.3.11.1 o en un programa de ensayos de calificación de acuerdo con F.3.11.2.
F.3.5.2.6.5 — Zona de panel
No se especifican requisitos especiales.
La resistencia de la zona de panel debe revisarse de acuerdo con el numeral F.2.10.10.6. La resistencia requerida a cortante de la zona de panel debe basarse en los momentos en el extremo de la viga calculados con las combinaciones de carga del Título B, sin incluir la carga sísmica amplificada.
F.3.5.2.6.6 — Placas de continuidad
Se deben suministrar placas de continuidad de acuerdo con lo especificado en el numeral F.5.3.6.6.
F.3.5.2.6.7 — Empalmes de columnas
Los empalmes de columnas deben cumplir con los requisitos de la sección F.3.4.2.5. Cuando se utilicen soldaduras para hacer el empalme, estas deben ser acanaladas de penetración completa.
Cuando los empalmes de columna se hagan con pernos, estos deben tener una resistencia requerida a la flexión por lo menos igual a RyFy Zx de la menor columna. La resistencia requerida a cortante de los empalmes del alma de columnas debe ser como mínimo igual a ΣMpc / H, donde ΣMpc es la suma de las resistencias plásticas a flexión nominales de las columnas por arriba y por debajo del empalme.
Excepción — La resistencia requerida del empalme de columna no necesita ser mayor que el determinado por un análisis no lineal como se especifica en F.3.3, considerando factores de concentración de esfuerzos apropiados o factores de intensidad de esfuerzos de mecánica de fracturas.
F.3.5.3 — Pórticos resistentes a momentos con capacidad de disipación de energía especial (PRM-DES)
F.3.5.3.1 — Alcance
Los PRM-DES deben diseñarse de acuerdo con esta sección.
F.3.5.3.2 — Bases de diseño
Los PRM-DES deben ser capaces de desarrollar una capacidad de deformación inelástica significativa a partir de la fluencia por flexión de las vigas y una fluencia limitada por cortante de la zona de panel. Excepto que se permita otra cosa en esta sección, las columnas deben diseñarse para ser más fuertes que las vigas en fluencia completa y con endurecimiento por deformación. Se permite la fluencia por flexión de las columnas en la base. El diseño de las conexiones vigas-columna, incluyendo la zona de panel y sus placas de continuidad, debe basarse en ensayos que garanticen el desempeño requerido en F.3.5.3.6.2, y demostrar su conformidad como se requiere en F.3.5.3.6.3.
F.3.5.3.3 — Análisis
No se especifican requisitos especiales de diseño.
F.3.5.3.4 — Requisitos del sistema
F.3.5.3.4.1 — Relación de momentos
Deben satisfacerse las siguientes relaciones en las conexiones viga-columna:
| ΣM*pc / ΣM*pb > 1 | (F.3.5.3-1) |
donde:
| ΣM*pc | = suma de las proyecciones al eje de la viga, de la resistencia nominal a flexión de las columnas (incluidas las ménsulas si estas se utilizan) arriba y abajo de la unión, con una reducción debida a la fuerza axial de la columna. Se puede calcular como: |
| ΣM*pc = ΣZc (Fyc − Puc / Ag) | (F.3.5.3-2) |
Cuando los ejes de vigas opuestas en la misma conexión no coincidan se debe utilizar la línea intermedia entre ejes.
| ΣM*pb | = suma de las proyecciones al eje de la columna de las resistencias esperadas a flexión de las vigas en la rótula plástica. Se puede calcular como: |
| ΣM*pb = Σ(1.1 Ry Fyb Zb + Muv) | (F.3.5.3-3) |
Alternativamente, se puede determinar ΣM*pb consistentemente con el diseño de la conexión precalificada de acuerdo con ANSI/AISC 358, o como se determine en una precalificación de conexión de acuerdo con la sección F.3.11.1 o en un programa de ensayos de calificación de acuerdo con F.3.11.2.
Cuando se usen conexiones con vigas de sección reducida, se puede calcular como:
| ΣM*pb = Σ(1.1 Ry Fyb ZRBS + Muv) | (F.3.5.3-4) |
| Símbolo | Significado |
|---|---|
| Ag | = área bruta de la columna, mm². |
| Fyc | = esfuerzo de fluencia mínimo especificado de la columna, MPa. |
| Muv | = momento adicional en el eje de la columna debido a la amplificación por el cortante desde la rótula plástica hasta el eje de la columna, N-mm. |
| Puc | = resistencia a la compresión requerida (valor absoluto), N. |
| Zb | = módulo de sección plástico de la viga, mm³. |
| Zc | = módulo de sección plástico de la columna, mm³. |
| ZRBS | = módulo de sección plástico mínimo en la sección reducida de la viga, mm³. |
Excepción — Este requisito no aplica si se cumplen las siguientes dos condiciones:
- (1) Para columnas con Puc < 0.3Pc para todas las combinaciones excepto las que incluyan la carga sísmica amplificada y que cumplan cualquiera de las siguientes condiciones:
- (a) Columnas de edificios de un piso o el piso superior de un edificio de varios pisos.
- (b) Columnas donde: (1) la suma de las resistencias a cortante de diseño de todas las columnas del piso a las que se aplicará la excepción sea menor que 20% de la suma de las resistencias de diseño a cortante de todas las columnas de pórticos resistentes a momento en el piso y que actúen en la misma dirección; y (2) la suma de las resistencias a cortante de diseño de todas las columnas a las que se aplicará la excepción en cada eje de columnas de pórticos resistentes a momentos en dicho piso sea menor que 33% de la resistencia a cortante de diseño de todas las columnas de la estructura en ese eje de columnas. Para efectos de esta excepción se define el eje de columnas como una línea de columnas o líneas paralelas de columnas separadas menos del 10% de la dimensión plana perpendicular al eje de columnas. Para efectos de esta excepción la resistencia de diseño de las columnas debe calcularse como la resistencia límite considerando la resistencia a flexión en cada extremo y limitada por la resistencia a flexión de las vigas que conectan, o por la resistencia a flexión de las columnas mismas, dividida por H ,donde H es la altura de piso en mm.
donde:
| Pc = Fyc Ag, N | (F.3.5.3-5) |
| Puc | = resistencia requerida a la compresión, N |
- (2) Las columnas en cualquier piso tienen una relación de resistencia de diseño a cortante a resistencia requerida a cortante 50% mayor que el piso inmediatamente superior.
F.3.5.3.4.2 — Arriostramiento para la estabilidad de las vigas
Las vigas deben arriostrarse para satisfacer los requisitos de miembros de ductilidad alta del numeral F.3.4.1.2.2.
Adicionalmente, a menos que se indique de otra forma mediante ensayos, los arriostramientos de vigas deben colocarse cerca de las fuerzas concentradas, cambios en la sección transversal y otras ubicaciones donde los análisis indiquen que se puede formar una rótula plástica durante la deformación inelástica del PRM-DES. La ubicación del arriostramiento debe ser consistente con la documentada para una conexión precalificada de acuerdo a ANSI/AISC 358, o como se determine en una precalificación de conexión de acuerdo con la sección F.3.11.1 o en un programa de ensayos de calificación de acuerdo con F.3.11.2.
La resistencia requerida del arriostramiento lateral adyacente a las rótulas plásticas debe ser como se requiere en el numeral F.3.4.1.2.3.
F.3.5.3.4.3 — Arriostramiento para la estabilidad de las conexiones viga-columna
- (1) Conexiones arriostradas — Las aletas de la columna en conexiones viga-columna solo necesitan arriostramiento lateral al nivel de las aletas superiores de las vigas, cuando las almas de las vigas estén en el mismo plano, y se demuestra que la columna permanecerá en el rango elástico por fuera de la zona de panel. Se puede suponer que la columna permanece en estado elástico cuando la relación calculada con la ecuación F.3.5.3 -1 sea mayor de 2.
Cuando no se puede demostrar que la columna permanece en estado elástico por fuera de la zona de panel, se aplican los siguientes requisitos:
- (a) Las aletas de la columna deben estar arriostradas lateralmente en el nivel superior e inferior de las aletas de las vigas. El arriostramiento lateral puede ser directo o indirecto.
El soporte lateral directo de las aletas de la columna se logra a través del uso de riostras u otros miembros, o una lámina colaborante y su losa, anclados a la aleta de la columna en o cerca al punto que se desea arriostrar para evitar el pandeo lateral. El soporte lateral indirecto se refiere a un arriostramiento que se consigue gracias a la rigidez de los miembros y las conexiones que no están directamente anclados a las aletas de la columna, sino que actúa a través del alma de la columna o de los rigidizadores.
- (b) Los arriostramientos laterales de las columnas deben diseñarse para una resistencia requerida del 2% de la resistencia de diseño de la aleta de la viga Fy bftbf.
- (2) Conexiones no arriostradas — La columna que tenga una conexión viga-columna sin arriostramiento lateral transversal al pórtico sísmico, debe diseñarse usando la distancia entre riostras laterales adyacentes como altura de la columna para pandeo transversal al pórtico sísmico y debe cumplir con lo especificado en F.2.8 con la siguiente excepción:
- (a) La resistencia requerida de la columna debe determinarse con las combinaciones de carga del Título B, excepto que incluya la carga sísmica amplificada.
En la determinación del efecto de la carga sísmica amplificada que incluye la sobreresistencia, Emh no requiere ser mayor del 125% de la resistencia de diseño del pórtico, con base en la resistencia de diseño a flexión de la viga o la resistencia de diseño a cortante de la zona de panel.
- (b) La esbeltez L / r de la columna no debe ser mayor de 60.
- (c) La resistencia a flexión requerida de la columna transversal al pórtico sísmico debe incluir el momento causado por la aplicación de la fuerza de la aleta de la viga especificada en la sección F.3.5.3.4.3(1)(b), adicionalmente a los momentos de segundo orden debidos al desplazamiento resultante de la aleta de la columna.
F.3.5.3.5 — Miembros
F.3.5.3.5.1 — Requisitos básicos
Los miembros para vigas y columnas deben satisfacer los requisitos del numeral F.3.4.1.1 para miembros con ductilidad alta, a menos que los ensayos de calificación lo precisen.
Las vigas con perfiles de acero pueden ser compuestas con una placa de concreto reforzado para resistir las cargas de gravedad.
F.3.5.3.5.2 — Aletas de vigas
No se permiten cambios abruptos en la aleta de la viga en las zonas de rótulas plásticas. Tampoco se permiten perforaciones en la aleta o recortes en el ancho de la aleta a menos que los ensayos de calificación demuestren que la configuración resultante puede desarrollar rótulas plásticas estables para soportar el ángulo de deriva de piso requerido. La configuración debe ser consistente con la correspondiente a una conexión precalificada de acuerdo con ANSI/AISC 358, o como se determine en una precalificación de conexión de acuerdo con la sección F.3.11.1 o en un programa de ensayos de calificación de acuerdo con F.3.11.2.
F.3.5.3.5.3 — Zonas protegidas
La región que en cada extremo de la viga esté sujeta a deformaciones inelásticas es una zona protegida, y debe satisfacer los requisitos del numeral F.3.4.1.3. La extensión de la zona protegida debe estar de acuerdo con ANSI/AISC 358, o como se determine en una precalificación de conexión de acuerdo con la sección F.3.11.1 o en un programa de ensayos de calificación de acuerdo con F.3.11.2.
Las zonas de rótulas plásticas en los extremos de vigas en PRM-DES deben tratarse como zonas protegidas. Las zonas de rótula plástica deben establecerse a partir de una precalificación o programa de calificación para la conexión, de acuerdo al numeral F.3.5.3.6.3. En general, para conexiones sin reforzar, la zona protegida se ubica desde la cara de la columna y hasta una distancia igual a la mitad del peralte de la viga más allá de la rótula plástica.
F.3.5.3.6 — Conexiones
F.3.5.3.6.1 — Soldaduras de demanda crítica
Las siguientes soldaduras deben considerarse de demanda crítica y satisfacer los requisitos del numeral F.3.1.3.4.2:
- (1) Soldaduras acanaladas en empalmes de columna.
- (2) Soldaduras de la conexión columna-placa de base, excepto cuando pueda demostrarse que puede impedirse la formación de la rótula en la columna o cerca de la placa de base mediante restricciones, y en ausencia de tensiones netas bajo las combinaciones de carga que incluyen la carga sísmica amplificada.
- (3) Las soldaduras acanaladas de penetración completa de las aletas de vigas y almas de vigas a las columnas, a menos que se especifique otra cosa en ANSI/AISC 358, o como se determine en una precalificación de conexión de acuerdo con la sección F.3.11.1 o en un programa de ensayos de calificación de acuerdo con F.3.11.2.
F.3.5.3.6.2 — Conexiones viga-columna
Las conexiones viga-columna del SRS deben satisfacer los siguientes requisitos:
- (1) La conexión debe ser capaz de soportar un ángulo de deriva de piso de 0.04 radianes como mínimo.
- (2) La resistencia medida a flexión de la conexión, determinada en la cara de la columna, debe ser por lo menos 0.8Mp de la viga conectada a un ángulo de deriva de piso de 0.04 radianes.
F.3.5.3.6.3 — Validación de la conexión
La conexión viga-columna del SRS debe satisfacer los requisitos de la sección F.3.5.3.6.2 mediante una de las siguientes:
- (1) Uso de conexiones PRM-DES de acuerdo con ANSI/AISC 358.
- (2) Uso de una conexión precalificada PRM-DES de acuerdo con F.3.11.1.
- (3) Especificaciones de resultados de ensayos cíclicos de calificación de acuerdo con F.3.11.2. Deben realizarse al menos dos ensayos de la conexión y pueden basarse en una de las consideraciones siguientes:
- (a) Ensayos reportados en artículos de investigación o ensayos documentados realizados para otros proyectos que representen las condiciones del proyecto, con los límites especificados en el numeral F.3.11.2.
- (b) Ensayos enfocados específicamente para el proyecto que sean representativos de los tamaños de los miembros, resistencia del material, configuración de conexiones, procesos constructivos de la conexión, con los límites especificados en F.3.11.2.
F.3.5.3.6.4 — Resistencia a cortante requerida
La resistencia requerida a cortante Vu de la conexión debe basarse en las combinaciones de carga del Título B incluyendo la carga sísmica amplificada, en la cual el efecto de las fuerzas horizontales incluyendo la sobre resistencia deben ser calculadas como:
| Emh = 2 (1.1 Ry Mp) / Lh | (F.3.5.3-6) |
donde:
| Símbolo | Significado |
|---|---|
| Ry | = relación del esfuerzo de fluencia esperado y el mínimo especificado, Fy |
| Mp | = Fy Z, N-mm |
| Lh | = distancia entre rótulas plásticas, mm. |
En lugar de la ecuación F.3.5.2-1, la resistencia requerida a cortante de la conexión debe ser la que se especifica en ANSI/AISC 358, o como se determine en una precalificación de conexión de acuerdo con la sección F.3.11.1 o en un programa de ensayos de calificación de acuerdo con F.3.11.2.
F.3.5.3.6.5 — Zona de panel
- (1) Resistencia a cortante — El espesor requerido de la zona de panel debe determinarse a partir de la suma de los momentos en las caras de la columna, calculada proyectando los momentos esperados en los puntos de la rótula plástica hasta la cara de la columna. La resistencia de diseño a cortante debe ser φvVn, con φv = 1.0 y la resistencia nominal a cortante Vn se debe calcular para el estado límite de fluencia a cortante determinado de acuerdo con F.2.10.10.6.
- (2) Espesor de la zona de panel — Los espesores individuales, t, de las almas de la columna y placas de enchape, en caso de utilizarse, deben cumplir el siguiente requisito:
| t ≥ (dz + wz) / 90 | (F.3.5.3-7) |
donde:
| Símbolo | Significado |
|---|---|
| t | = espesor del alma de la columna o de la placa de enchape, mm. |
| dz | = altura de la zona de panel entre placas de continuidad, mm. |
| wz | = ancho de la zona de panel entre aletas de columna, mm. |
Alternativamente, cuando el pandeo local del alma de la columna y placa de enchape se previene uniendo estas mediante soldaduras de tapón, y dividiendo la placa para cumplir la ecuación F.3.5.3-7, el espesor total de la zona de panel debe satisfacer la ecuación F.3.5.3-7. Cuando se requieran soldaduras de tapón se deben suministrar 4 como mínimo.
- (3) Placas de enchape en la zona de panel — Las placas de enchape deben colocarse directamente en el alma de la columna cuando el alma no cumpla con la sección F.3.5.3.6.5(2). De otra forma las placas pueden conectarse directamente al alma de la columna, o separadas del alma.
- (a) Placas de enchape en contacto con el alma — Deben soldarse a las aletas de la columna por medio de soldaduras acanaladas de penetración completa o soldaduras de filete que sean capaces de desarrollar toda la resistencia de diseño a cortante de las placas de enchape. Cuando no se usen placas de continuidad, las placas de enchape deben ser unidas con soldadura de filete a lo largo de la parte superior e inferior para desarrollar la porción de la fuerza total que se trasmita a la placa de enchape, a menos que las placas de enchape y el alma cumplan con el numeral F.3.5.3.6.5(2).
- (b) Placas de enchape separadas del alma — Las placas de enchape deben colocarse en pares simétricos localizadas entre 1/3 y 2/3 de la distancia entre el borde de la aleta de la viga y el eje de la columna, y deben ser unidas con una soldadura acanalada de penetración completa a las aletas de la columna de tal manera que se desarrolle la resistencia de diseño completa de las lacas de enchape.
- (c) Placas de enchape con placas de continuidad — Cada placa de enchape debe soldarse a las placas de continuidad para desarrollar la porción de la fuerza total que trasmiten las placas de enchape.
- (d) Placas de enchape sin placas de continuidad — Cuando no se usen placas de continuidad las placas de enchape deben extenderse un mínimo de 150 mm arriba y debajo de la parte superior e inferior de la viga de mayor peralte conectada a momento.
Cuando una placa de enchape interfiere con placas de continuidad conectadas directamente al alma de la columna, el diseñador debe garantizar un patrón de transferencia de cargas que satisfaga la sección 2.4.4b de ANSI/AISC 358. Lo anterior puede conseguirse dimensionando la placa de enchape de manera tal que sea capaz de desarrollar la resistencia requerida de las placas de continuidad a la conexión del alma de la columna. Alternativamente, las placas de enchape pueden suspenderse por dentro de las placas de continuidad. Un patrón similar de cargas puede desarrollarse cuando la placa del alma de una viga perpendicular al alma de la columna se conecta a una placa de enchape.
F.3.5.3.6.6 — Placas de continuidad
- (1) Requisitos de placa de continuidad — Deben suministrarse placas de continuidad exceptuando los siguientes casos:
- (a) Cuando así se determine en una conexión precalificada de acuerdo con el numeral F.3.11.1, o como lo determine un programa de ensayos de calificación de acuerdo con la sección F.3.11.2.
- (b) Cuando la aleta de la viga este soldada a la aleta de una columna laminada o armada con sección I que tenga un espesor que satisfaga las ecuaciones F.3.5.3-8 y F.3.5.3-9 no se requieren placas de continuidad:
| tcf ≥ 0.4 √(1.8 bbf tbf (Fyb Ryb / Fyc Ryc)) | (F.3.5.3-8) |
| tcf ≥ bbf / 6 | (F.3.5.3-9) |
donde:
| Símbolo | Significado |
|---|---|
| tcf | = espesor mínimo requerido de la aleta de la columna cuando no se colocan placas de continuidad, mm. |
| bbf | = ancho de la aleta de la viga, mm. |
| tbf | = espesor de la aleta de la viga, mm. |
| Fyb | = esfuerzo de fluencia mínimo especificado de la aleta de la columna, MPa |
| Ryb | = relación del esfuerzo de fluencia esperado del material de la viga y el esfuerzo de fluencia mínimo especificado. |
| Ryc | = relación del esfuerzo de fluencia esperado del material de la columna y el esfuerzo de fluencia mínimo especificado. |
- (c) Cuando la aleta de la viga esté soldada a la aleta de una columna formada por un perfil I encajonado y que tenga un espesor que cumpla las ecuaciones F.3.5.3.10 y F.3.5.3.11 no necesita placas de continuidad.
| tcf ≥ 0.4 √([1 − (bbf / bcf²) (bcf − bbf / 4)] 1.8 bbf tbf (Fyb Ryb / Fyc Ryc)) | (F.3.5.3-10) |
| tcf ≥ bf / 12 | (F.3.5.3-11) |
- (d) Para conexiones pernadas, deben aplicarse las especificaciones ANSI/AISC 358.
- (2) Espesor de las placas de continuidad — Cuando se requieran placas de continuidad, el espesor se determinará como sigue:
- (a) Para conexiones exteriores (por un lado de la columna) el espesor de la placa de continuidad debe ser la mitad del espesor de la aleta de la viga como mínimo.
- (b) Para conexiones interiores (por los dos lados de la columna) el espesor de la placa de continuidad debe ser igual al espesor más grueso de las aletas a ambos lados de la columna. Las placas de continuidad deben cumplir también los requisitos de F.2.10.10.
- (3) Soldaduras de placas de continuidad — Las placas de continuidad deben soldarse a las aletas de la columna utilizando soldaduras acanaladas de penetración completa. Las placas de continuidad deben soldarse al alma de la columna utilizando soldaduras acanaladas o de filete. La resistencia requerida de la suma de las uniones soldadas de las placas de continuidad al alma de la columna deben ser la menor de las siguientes:
- (a) La suma de las resistencias de diseño a tensión de las áreas de contacto de las placas de continuidad con las aletas de la columna que tienen conectadas aletas de vigas.
- (b) La resistencia de diseño a cortante del área de contacto de la placa con el alma de la columna.
- (c) La resistencia de diseño a cortante de la zona de panel de la columna.
- (d) La suma de las resistencias a la fluencia esperadas de las aletas de la viga que transmiten la fuerza a las placas de continuidad.
F.3.5.3.6.7 — Empalmes de columna
Los empalmes de las columnas deben cumplir con los requisitos de la sección F.3.4.2.5. Cuando se utilicen soldaduras para hacer el empalme, estas deben ser acanaladas de penetración completa.
Cuando los empalmes de columna se hagan con pernos, estos deben tener una resistencia requerida a la flexión por lo menos igual a RyFy Zx de la menor columna. La resistencia requerida a cortante de los empalmes del alma de columnas debe ser como mínimo igual a ΣMpc / H, donde ΣMpc es la suma de las resistencias plásticas a flexión nominales de las columnas por arriba y por debajo del empalme.
Excepción — La resistencia requerida del empalme de columna no necesita ser mayor que la determinada por un análisis no lineal como se especifica en F.3.3, considerando factores de concentración de esfuerzos apropiados o factores de intensidad de esfuerzos de mecánica de fracturas.
F.3.5.4 — Pórticos con cerchas dúctiles (PCD)
F.3.5.4.1 — Alcance
Los PCD deben satisfacer los requisitos de esta sección.
F.3.5.4.2 — Bases de diseño
Los PCD deben tener una capacidad de soportar deformaciones inelásticas significativas, dentro de un segmento de cercha especialmente diseñado. Los PCD deben limitarse a luces entre columnas no mayores de 20 m y peralte total no mayor de 1.8 m. Las columnas y los segmentos de cercha por fuera del segmento especial se diseñan para permanecer elásticos bajo las cargas generadas por la fluencia total y endurecimiento por deformación del segmento especial.
F.3.5.4.3 — Análisis
El análisis de los PCD debe satisfacer los siguientes requisitos.
F.3.5.4.3.1 — Segmento especial
La resistencia vertical a cortante requerida del segmento especial debe calcularse para las combinaciones de carga del Título B.
F.3.5.4.3.2 — Segmento no especial
La resistencia requerida de los elementos por fuera del segmento especial y sus conexiones deben calcularse con base en las combinaciones de carga del Título B incluyendo la carga sísmica amplificada. Para la determinación de la carga sísmica amplificada debe tomarse en cuenta el efecto de la fuerza horizontal incluyendo la sobreresistencia, Emh, a partir de las fuerza laterales necesarias para desarrollar la resistencia vertical a cortante esperada del segmento especial, actuando en el centro de la luz como se define en el numeral F.3.5.4.5.2. Deben incluirse los efectos de segundo orden para la máxima deriva de diseño.
F.3.5.4.4 — Requisitos del sistema
F.3.5.4.4.1 — Segmento especial
Cada cercha horizontal que forme parte del SRS debe tener un segmento especial localizado en la zona central comprendida entre 0.25 y 0.75 de la luz de la cercha. La longitud del segmento especial debe estar entre 0.1 y 0.5 veces la luz de la cercha. La relación longitud-altura de cualquier panel en el segmento especial no debe exceder 1.5 ni ser menor que 0.67.
Los paneles dentro del segmento especial deben ser todos vierendeel o todos paneles arriostrados en X; no se permite la combinación de los anteriores ni el uso de otras configuraciones de diagonales de cercha. Cuando se usen miembros diagonales en el segmento especial, estos deben disponerse en forma de X separados por elementos verticales. Los diagonales de la cercha en el segmento especial deben ser fabricados con platinas de la misma sección. Dichos miembros diagonales deben interconectarse en los puntos en que se cruzan. La interconexión debe tener una resistencia de diseño adecuada para resistir una fuerza por lo menos de 0.25 veces la resistencia nominal a tensión del miembro diagonal. No se deben usar conexiones pernadas para miembros del alma dentro del segmento especial.
No se permite el empate de los miembros de las cuerdas dentro del segmento especial, ni a una distancia menor a la mitad de la longitud del panel por fuera del segmento especial.
Las resistencias axiales requeridas debidas a cargas vivas y muertas de los miembros diagonales en el segmento especial, no deben exceder 0.03Fy Ag.
F.3.5.4.4.2 — Arriostramiento para la estabilidad de la cercha
Cada aleta de las cuerdas superior e inferior de la cercha debe estar arriostrada lateralmente en los extremos del segmento especial. La resistencia requerida de la riostra lateral debe cumplir con:
| Pu = 0.06 Ry Fy Af | (F.3.5.4-1) |
donde: Af es el área bruta de la aleta del miembro de la cuerda del segmento especial, mm²
F.3.5.4.4.3 — Arriostramiento para la estabilidad de las conexiones cercha-columna
La columna debe estar arriostrada lateralmente al nivel de las cuerdas superior e inferior de las cerchas conectadas a las columnas. Las riostras laterales deben tener una resistencia requerida de:
| Pu = 0.02 Ry Pnc | (F.3.5.4-2) |
donde:
Pnc es la resistencia nominal a compresión de los miembros de la cuerda en los extremos, N
F.3.5.4.4.4 — Rigidez del arriostramiento para la estabilidad
La rigidez requerida de la riostra debe cumplir los requisitos de F.2.20
donde:
| Pr = Ry Pnc | (F.3.5.4-3) |
F.3.5.4.5 — Miembros
F.3.5.4.5.1 — Miembros del segmento especial
La resistencia de diseño a cortante del segmento especial se calcula como la suma de la resistencia de diseño a cortante de los miembros de la cuerda a flexión, y la resistencia a cortante correspondiente a la resistencia de diseño a tensión y 0.3 veces la resistencia de diseño a compresión de los miembros diagonales, cuando se usen. Los miembros de las cuerdas superior e inferior en el segmento especial deben ser de la misma sección y proveerán por lo menos el 25% de la resistencia vertical a cortante requerida.
La resistencia de diseño φPn determinada de acuerdo con el estado límite de fluencia por tensión, debe ser igual o mayor que 2.2 veces la resistencia requerida, con φ = 0.9.
donde:
| Pn = Fy Ag | (F.3.5.4-4) |
F.3.5.4.5.2 — Resistencia vertical a cortante esperada del segmento especial
La resistencia vertical a cortante esperada del segmento especial Vne al centro de la luz está dada como:
| Vne = 3.60 Ry Mnc / Ls + 0.036 E I (L − Ls) / Ls³ + Ry (Pnt + 0.3 Pnc) senα | (F.3.5.4-5) |
donde:
| Símbolo | Significado |
|---|---|
| Mnc | = resistencia nominal a flexión de un miembro de la cuerda del segmento especial, N-mm |
| E | = módulo de elasticidad de un miembro de la cuerda del segmento especial, N/mm² |
| I | = momento de inercia de un miembro de la cuerda del segmento especial, mm⁴ |
| L | = luz de la cercha, mm |
| Ls | = longitud del segmento especial, mm |
| Pnt | = resistencia nominal a tensión de un miembro diagonal del segmento especial, N |
| Pnc | = resistencia nominal a compresión de un miembro diagonal del segmento especial, N |
| α | = ángulo que forma un miembro diagonal con la horizontal, grados |
F.3.5.4.5.3 — Límites de la relación ancho-espesor
Los miembros de las cuerdas y los miembros diagonales del alma dentro del segmento especial deben cumplir con los requisitos de la sección F.3.4.1.1.2 para miembros de ductilidad alta. Las relaciones ancho-espesor de las platinas de los miembros diagonales no deben ser mayores que 2.5.
F.3.5.4.5.4 — Miembros de cuerdas armados
El espaciamiento de uniones para miembros de cuerda armados en el segmento especial no debe ser mayor que 0.04Ery / Fy donde ry es el radio de giro de los componentes individuales con respecto a su eje débil.
F.3.5.4.5.5 — Zonas protegidas
La región en cada extremo de un miembro de cuerda dentro del segmento especial es una zona protegida que debe cumplir los requisitos del numeral F.3.4.1.3. La zona protegida se extiende una longitud igual a dos veces el peralte del miembro de cuerda desde la conexión con los miembros del alma de la cercha. Los miembros del alma verticales y diagonales de extremo a extremo del segmento especial son zonas protegidas.
F.3.5.4.6 — Conexiones
F.3.5.4.6.1 — Soldaduras de demanda crítica
Las siguientes soldaduras son de demanda crítica y deben satisfacer los requisitos del numeral F.3.1.3.4.2.
- (1) Soldaduras acanaladas en empalmes de columna
- (2) Soldaduras de conexiones columna-placa base, excepto cuando pueda demostrarse que puede impedirse la formación de la rótula en la columna o cerca de la placa de base mediante restricciones, y en ausencia de tensiones netas bajo las combinaciones de carga que incluyen la carga sísmica amplificada.
F.3.5.4.6.2 — Conexiones de los miembros diagonales en el segmento especial
Las conexiones de los extremos de los miembros diagonales en el segmento especial deben tener una resistencia requerida por lo menos igual a la resistencia a fluencia esperada a tensión de los miembros diagonales, RyFy Ag.
F.3.5.4.6.3 — Empalmes de columnas
Los empalmes de columnas deben cumplir con los requisitos de la sección F.3.4.2.5. Cuando se utilicen soldaduras para hacer el empalme, estas deben ser acanaladas de penetración completa.
Cuando los empalmes de columna se hagan con pernos, estos deben tener una resistencia requerida a la flexión por lo menos igual a RyFy Zx de la menor columna. La resistencia requerida a cortante de los empalmes del alma de columnas debe ser como mínimo igual a ΣMpc / H, donde ΣMpc es la suma de las resistencias plásticas a flexión nominales de las columnas por arriba y por debajo del empalme.
Excepción — La resistencia requerida del empalme de columna no necesita ser mayor que la determinada por un análisis no lineal como se especifica en F.3.3, considerando factores de concentración de esfuerzos apropiados o factores de intensidad de esfuerzos de mecánica de fracturas.
F.3.5.5 — Sistemas de columnas en voladizo con disipación de energía mínima (SCV-DMI)
F.3.5.5.1 — Alcance
Los SCV-DMI deben diseñarse de conformidad con esta sección
F.3.5.5.2 — Bases de diseño
Los SCV-DMI se espera que posean una capacidad mínima de soportar derivas inelásticas por fluencia a flexión de las columnas.
F.3.5.5.3 — Análisis
No se especifican requisitos de análisis especiales.
F.3.5.5.4 — Requisitos del sistema
F.3.5.5.4.1 — Columnas
Las columnas deben diseñarse utilizando las combinaciones de carga que incluyan la carga sísmica amplificada. La resistencia axial requerida, Prc no debe exceder el 15% de la resistencia axial de diseño, Pc, para estas combinaciones de carga únicamente.
F.3.5.5.4.2 — Arriostramiento para la estabilidad de las columnas
No se especifican requisitos especiales.
F.3.5.5.5 — Miembros
F.3.5.5.5.1 — Requisitos básicos
No se especifican requisitos especiales.
F.3.5.5.5.2 — Aletas de columnas
No se especifican requisitos especiales.
F.3.5.5.5.3 — Zonas protegidas
No se especifican zonas protegidas.
F.3.5.5.6 — Conexiones
F.3.5.5.6.1 — Soldaduras de demanda crítica
No se especifican soldaduras de demanda crítica.
F.3.5.5.6.2 — Bases de columnas
No se especifican requisitos para columnas de base.
F.3.5.6 — Sistemas de columnas en voladizo con disipación de energía especial (SCV-DES)
F.3.5.6.1 — Alcance
Los SCV-DES deben diseñarse de conformidad con esta sección.
F.3.5.6.2 — Bases de diseño
Los SCV-DES se espera que posean una capacidad limitada de soportar derivas inelásticas por fluencia a flexión de las columnas.
F.3.5.6.3 — Análisis
No se especifican requisitos de análisis especiales.
F.3.5.6.4 — Requisitos del sistema
F.3.5.6.4.1 — Columnas
Las columnas deben diseñarse utilizando las combinaciones de carga que incluyan la carga sísmica amplificada. La resistencia axial requerida, Prc no debe exceder el 15% de la resistencia axial de diseño, Pc, para estas combinaciones de carga únicamente.
F.3.5.6.4.2 — Arriostramiento para la estabilidad de las columnas
Las columnas deben estar arriostradas de manera que satisfagan los requisitos aplicables a vigas clasificadas como miembros de ductilidad moderada de la sección F.3.4.1.2.1.
F.3.5.6.5 — Miembros
F.3.5.6.5.1 — Requisitos básicos
Los miembros de columnas deben satisfacer los requisitos de la sección F.3.4.1.1 para miembros de ductilidad alta de la sección F.3.4.1.1
F.3.5.6.5.2 — Aletas de columnas
Se prohíben cambios abruptos en las aletas de columnas designadas como zonas protegidas en el numeral F.3.5.6.5.3.
F.3.5.6.5.3 — Zonas protegidas
La región en la base de la columna sujeta a deformaciones inelásticas es una zona protegida, y debe satisfacer los requisitos del numeral F.3.4.1.3. La longitud de la zona protegida es dos veces el peralte de la columna, a menos que se determine de otra manera mediante ensayos.
F.3.5.6.6 — Conexiones
F.3.5.6.6.1 — Soldaduras de demanda crítica
Las siguientes soldaduras son de demanda crítica y deben satisfacer los requisitos del numeral F.3.1.3.4.2.
- (1) Soldaduras acanaladas en empalmes de columna
- (2) Soldaduras de conexiones columna-placa base
F.3.5.6.6.2 — Bases de columnas
Las bases de las columnas deben diseñarse de acuerdo con el numeral F.3.4.2.6.