F.4.4 — Miembros armados y sistemas estructurales

F.4.4.1.2.1 — Miembros a compresión en sección cajón compuestos por dos secciones C en contacto

Para miembros en sección cajón, formados a partir de dos secciones C en contacto a través de sus pestañas o labios rigidizadores y unidas por cordones intermitentes de soldadura, se tiene que:

Cuando a/ri > 50

Cuando a/ri ≤ 50

Todas las variables se definen y limitan en la sección F.4.4.1.2. El valor de a no excederá los 300 mm.

F.4.4.3.2.1 — Ninguna aleta conectada a un panel que contribuya a la resistencia y estabilidad de la sección C o sección Z

Cada riostra intermedia en las aletas superior e inferior de miembros en sección C o Z se diseñará con una resistencia PL1 y PL2, donde PL1 es la fuerza de riostra requerida sobre la aleta, en el cuadrante con ambos ejes x y y positivos, y PL2 es la fuerza de riostra sobre la otra aleta. El eje x será el eje centroidal perpendicular al alma y el eje y el eje centroidal paralelo al alma. Las coordenadas x y y se orientarán de tal forma que una de las aletas esté localizada en el cuadrante donde ambos ejes, x y y, son positivos. Remitirse a la figura F.4.4.3-1 para la esquematización de los sistemas de coordenadas y direcciones positivas de las fuerzas.

• (a) Para cargas uniformes

Cuando la carga uniforme, W, actúa a través del plano del alma, entonces Wy = W:

Donde:

Donde:

Donde:

Donde:

• (b) Para cargas concentradas,

Cuando una carga de diseño actúa a través del plano del alma, entonces Py = P

Donde:

Donde:

Remitirse a la sección F.4.4.3.2.1(a) para definición de las otras variables.

La fuerza de arriostramiento, PL1 o PL2, es positiva cuando la restricción se requiera para prevenir el movimiento de la aleta correspondiente a la dirección x negativa.

Donde se provean riostras, estas deben estar sujetadas de tal manera que restrinjan efectivamente la sección contra la deflexión lateral de ambas aletas en los extremos y en cualquier punto de arriostramiento intermedio.

Cuando todas las cargas y reacciones sobre una viga se transmiten a través de miembros que ajustan dentro de la sección de forma tal que restrinjan la sección contra la rotación torsional y el desplazamiento lateral, no se requerirán riostras adicionales, excepto aquellas que se requieran por resistencia de acuerdo con la sección F.4.3.3.1.2.1.

F.4.4.6.1.1 — Miembros en flexión con una aleta completamente sujeta a tableros o a paneles de cerramiento

Esta sección no aplica a una viga continua en la región entre puntos de inflexión adyacentes al soporte o a vigas en voladizo.

La resistencia nominal a flexión, Mn, de una sección C ó Z cargada en un plano paralelo al alma, con la aleta a tensión sujeta a un tablero ó panel y con la aleta a compresión no arriostrada lateralmente, se calculará de acuerdo con la ecuación F.4.4.6-1.

Donde R se obtiene de la tabla F.4.4.6-1 para una luz simple con secciones C o Z, y

El factor de reducción, R, se limitará a sistemas de cubierta y muro que cumplan las siguientes condiciones:

• (1) Altura del miembro ≤ 292 mm
• (2) Aletas en el miembro con rigidizadores de borde
• (3) 60 ≤ altura/espesor ≤ 170
• (4) 2.8 ≤ altura/ancho del ala ≤ 4.5
• (5) 16 ≤ ancho plano/espesor del ala ≤ 43
• (6) Para sistemas de luce continuas, la longitud del traslapo en cada apoyo interior hacia cada lado (distancia del centro del apoyo al final del traslapo) no será menor que 1.5d
• (7) Longitud del vano para el miembro no mayor a 10 m
• (8) Ambas aletas están restringidas al movimiento lateral en los apoyos
• (9) Los paneles de muro o cubierta serán láminas de acero con 340 MPa como esfuerzo mínimo de fluencia y un mínimo de 0.46 mm para el espesor del metal base, con una altura de formación de crestas mínima de 29 mm espaciadas un máximo de 305 mm a centros, y sujetas de tal forma que inhiban de manera efectiva el movimiento relativo entre el panel y la aleta de la correa
• (10) El aislamiento es una capa en fibra de vidrio de hasta 152 mm de espesor localizada entre el miembro y el panel de una manera compatible con el sujetador usado.
• (11) Tipo de sujetador: mínimo tornillos de lámina de metal No.12 autorroscante o autorremachante o remaches de 4.76 mm y arandelas de 12.7 mm de diámetro.
• (12) Los sujetadores deben ser tornillos de tipo estructural.
• (13) La distancia entre sujetadores no debe ser mayor que 305 mm centro a centro y éstos deben estar localizados cerca del centro de la aleta de la viga y adyacentes a la cresta del panel.
• (14) El punto de fluencia de diseño del miembro no debe exceder 410 MPa.

Si alguna de las variables no cumple con los límites establecidos anteriormente, deben realizarse ensayos a escala natural de acuerdo con la sección F.4.6.1, o diseñar utilizando un método racional de análisis. Para sistemas de correas continuos en los cuales las luces de vanos adyacentes varían más del 20%, los valores de R para los vanos adyacentes deben tomarse de la tabla F.4.4.6–1. Se permite la realización de ensayos de acuerdo con la sección F.4.6.1 como procedimiento alternativo al descrito en este numeral.

Para miembros en luces simples, R se reducirá debido a los efectos del aislamiento comprimido entre la lámina de acero y el miembro. La reducción debe ser calculada multiplicando R de la tabla F.4.4.6-1 por el siguiente factor de corrección, r:

Donde:

F.4.4.6.1.2 — Miembros a flexión con una aleta sujeta a un sistema de cubierta de junta continua (Standing Seam)

La resistencia nominal a flexión, Mn, de una sección C o Z, cargada en un plano paralelo al alma que soporte un sistema de cubierta de junta continua en la aleta superior se determinará utilizando un arriostramiento discreto y las especificaciones de la sección F.4.3.3.1.2.1 o podrá calcularse de acuerdo con este numeral.

Donde:

Se y Fy son definidos en la sección F.4.3.3.1.1

⁷ AISI. American Iron and Steel Institute. Remitirse a los documentos de referencia.

F.4.4.6.1.3 — Miembros en compresión con una aleta sujeta completamente a un tablero o panel de cerramiento

Las disposiciones aquí dadas son aplicables a secciones C ó Z cargadas concéntricamente a lo largo de su eje longitudinal con solo una aleta sujeta a un tablero o panel de cerramiento con elementos de conexión.

La resistencia nominal bajo carga axial de una sección C ó Z, en una luz simple o continua, se calculará como sigue:

• (a) La resistencia nominal en el eje débil se calculará de acuerdo con la ecuación F.4.4.6-5.

Donde:

Donde:

La ecuación F.4.4.6-5 será aplicable a sistemas de cubiertas y muros que cumplan las siguientes condiciones:

• (1) t ≤ 3.22 mm
• (2) 152 mm ≤ d ≤ 305 mm
• (3) Las aletas son elementos en compresión rigidizados en el borde
• (4) 70 ≤ d/t ≤ 170
• (5) 2.8 ≤ d/b ≤ 5
• (6) 16 ≤ ancho plano del ala/t ≤ 50
• (7) Ambas aletas están restringidas a movimiento lateral en los apoyos
• (8) La cubierta metálica o los paneles de muro en acero tendrán conectores o elementos de sujeción espaciados entre centros 305 mm como máximo, con una rigidez lateral-rotacional mínima de 10 300 N/m/m (sujeto en la mitad del ancho de la aleta para determinación de la rigidez) como se determina con el procedimiento de ensayo del AISI⁸
• (9) Las secciones C y Z tendrán un punto de fluencia mínimo de 230 MPa
• (10) La longitud de la luz no excederá 10 m

• (b) Para la resistencia nominal en el eje fuerte deben utilizarse las ecuaciones de las secciones F.4.3.4.1 y F.4.3.4.1.1

⁸ Puede obtenerse más información sobre el procedimiento de ensayo en el documento AISI S901.

F.4.4.6.1.4 — Miembros en compresión de secciones Z con una aleta sujeta a un sistema de cubierta de junta continua (Standing Seam)

Las disposiciones de este numeral aplican a secciones Z cargadas concéntricamente a lo largo de su eje longitudinal, con una sóla aleta sujeta a paneles de cubierta de junta continua (Standing Seam). Alternativamente, los valores de diseño de un sistema particular podrán tomarse con base en puntos de arriostramiento discreto, o en ensayos de acuerdo con F.4.6.

La resistencia nominal axial de secciones Z, en luces simples o continuas, se calculará de acuerdo con los incisos a) y b)

• (a) Para la resistencia de diseño en el eje débil

Donde:

Para d/t ≤ 90

Para 90 < d/t ≤ 130

Para d/t > 130

Remitirse a la sección F.4.3.3.1.1 para definición de Fy.

El uso de la ecuación F.4.4.6-9 se limitará a los sistemas de cubierta que cumplan con las siguientes condiciones:

• (1) Espesor de correa, 1.37 mm ≤ t ≤ 3.22 mm
• (2) 152 mm ≤ d ≤ 305 mm
• (3) Las aletas son elementos en compresión rigidizados en el borde
• (4) 70 ≤ d/t ≤ 170
• (5) 2.8 ≤ d/b < 5 donde b = ancho de aleta de la sección Z
• (6) 16 ≤ ancho plano del ala/t < 50
• (7) Ambas aletas están restringidas a movimiento lateral en los apoyos
• (8) Esfuerzo de fluencia, Fy ≤ 483 Mpa

• (b) Para la resistencia de diseño alrededor del eje fuerte deben utilizarse las ecuaciones de las secciones F.4.3.4.1 y F.4.3.4.1.1

F.4.4.6.2.1 — Resistencia de sistema de panel de cubierta de junta continua (Standing Seam)

Bajo cargas gravitacionales, la resistencia nominal de los paneles de cubierta de junta continua se determinará de acuerdo con F.4.2 y F.4.3 de este Reglamento o mediante ensayos de acuerdo con el documento AISI S906. Bajo cargas de succión, la resistencia nominal del panel de cubierta de junta continua se determinará de acuerdo con las especificaciones AISI S906. Se deberán realizar ensayos de acuerdo con el documento AISI S906 con las siguientes excepciones:

• (1) Se permitirá el procedimiento de ensayo de succión para cubiertas de paneles clase 1 descrito en FM 4471⁹
• (2) Se permitirán ensayos existentes conducidos de acuerdo con el procedimiento de ensayo de succión descrito por el CEGS 07416¹⁰ y anteriores a esta norma

Se permite el uso de los procedimientos de ensayo descritos en la norma ASTM E1592 para las pruebas de carga sobre cubierta. El factor de resistencia, φ, no debe ser mayor a 0.90. Cuando el número de conjuntos para ensayo es menor a 3, se usará un factor de resistencia, φ, de 0.80.

⁹ Procedimiento de ensayo descrito por Factory Mutual (FM Approvals)

¹⁰ Procedimiento de ensayo descrito por the Corps of Engineers of USA

F.4.4.6.3.1 — Anclaje del arriostramiento para sistemas cubierta-correa bajo carga gravitacional con la aleta superior conectada a un tablero metálico

Para sistemas de cubierta con secciones C y Z, con un tablero metálico, o una cubierta de junta continua (Standing Seam) conectados a las aletas superiores y diseñados de acuerdo con las secciones F.4.3.3.1 y F.4.4.6.1, debe suministrarse un dispositivo de anclaje capaz de transferir las fuerzas del diafragma de cubierta al apoyo. Cada dispositivo de anclaje debe diseñarse para resistir una fuerza, PL, determinada por la ecuación F.4.4.6-11 y debe satisfacer los requisitos de rigidez mínima de la ecuación F.4.4.6-17. Adicionalmente, las correas deben ser restringidas por el tablero metálico de tal forma que los desplazamientos laterales máximos de la aleta superior entre líneas de anclaje lateral, evaluado con las cargas de servicio, no excedan la longitud del vano dividida por 360.

Los dispositivos de anclaje¹¹, o riostras, se localizarán en cada vano de correas y se conectarán al miembro en la aleta superior o cerca de ella. Si los dispositivos de anclaje no están directamente conectados a todas las líneas de correas de cada vano, se suministrarán mecanismos para transmitir las fuerzas desde otra línea de correas a los dispositivos de anclaje. Debe demostrarse que la fuerza requerida, PL, puede transferirse al dispositivo de anclaje a través del tablero de cubierta y su sistema de sujeción. La rigidez lateral del dispositivo de anclaje se determinará mediante análisis o ensayos. Estos análisis o ensayos deben tomar en cuenta los efectos de la flexibilidad del alma de la correa sobre la conexión del dispositivo de anclaje.

Donde:

Donde:

Donde:

Donde:

Donde:

Donde:

Para sistemas con luces múltiples la fuerza Pi, calculada de acuerdo con la ecuación F.4.4.6-12 y los coeficientes C1 a C4 de las tablas F.4.4.6-2 a F.4.4.6-4, en los casos de “línea exterior de pórticos”, “vano de extremo” o “anclaje exterior del vano de extremo”, debe ser mayor al 80% de la fuerza determinada usando los coeficientes C2 a C4 para todas las otras posiciones del área de cubierta.

Para sistemas con luces múltiples y dispositivos de anclaje en los apoyos, cuándo los dos vanos adyacentes tengan diferentes propiedades de sección o luces diferentes, los valores de Pi en la ecuación F.4.4.6-11 y ecuación F.4.4.6-18 deben tomarse como el promedio de los valores encontrados a partir de la ecuación F.4.4.6-12, evaluados separadamente para cada uno de los dos vanos. Los valores de Ksys y Keff,i,j en las ecuaciones F.4.4.6-11 y F.4.4.6-15 se calcularán usando las ecuaciones F.4.4.6-14 y F.4.4.6-16, con los valores promedios de L, t y d de ambos vanos.

Para sistemas con luces múltiples y dispositivos de anclaje en los tercios o los puntos medios, cuándo los vanos adyacentes tienen diferentes propiedades de sección o luces diferentes al vano en consideración, se debe utilizar el siguiente procedimiento para tener en cuenta la influencia de los vanos adyacentes. Los valores para Pi en la ecuación F.4.4.6-11 y la ecuación F.4.4.6-18 deben tomarse como el promedio de los valores encontrados a partir de la ecuación F.4.4.6-12, evaluada separadamente para cada uno de los tres vanos. El valor de Ksys en la ecuación F.4.4.6-15 debe calcularse usando la ecuación F.4.4.6-16, con L, t y d tomados como el promedio de los valores en los tres vanos. Los valores de Keff,i,j deben calcularse usando la ecuación F.4.4.6-14, con L tomado como la luz del vano bajo consideración. En un vano de extremo, cuando se calculan los valores promedio para Pi o se promedian las propiedades para el cálculo de Ksys, estos deben hallarse mediante la suma del valor proveniente del primer vano interior más dos veces el valor obtenido del vano de extremo y dividiendo el total de la suma por tres.

La rigidez total efectiva en cada correa debe satisfacer la siguiente ecuación:

Donde:

En lugar de las ecuaciones F.4.4.6-11 a F.4.4.6-16, se permite un análisis alternativo para las fuerzas de restricción lateral. Un análisis de este tipo debe incluir los efectos de primer o segundo orden y tener en cuenta también los efectos de la pendiente de cubierta, torsión resultante debido a cargas aplicadas excéntricas al centro de cortante, torsión resultante de las resistencia lateral suministrada por el cerramiento y cargas aplicadas oblicuamente a los ejes principales. Este análisis alternativo debe incluir también los efectos de la restricción lateral y rotacional suministrada por el tablero sujeto a la aleta superior de los miembros. Debe considerarse la rigidez del dispositivo de anclaje y tomarse en cuenta el efecto de la flexibilidad del alma de la correa sobre la conexión del dispositivo de anclaje.

Cuando las fuerzas de restricción lateral se determinan por medio de un análisis racional, el máximo desplazamiento lateral de la aleta superior de la correa entre líneas de arriostramiento lateral evaluado con las cargas de servicio no excederá la luz del vano dividida por 360. El desplazamiento lateral de la aleta superior de la correa en la línea de restricción, Δtf se calculará a los niveles de cargas mayoradas para diseño y debe limitarse por:

¹¹ En esta parte del Reglamento se utilizará el término “dispositivo de anclaje” en lugar de “riostra”

F.4.4.6.3.2 — Arriostramiento lateral y de estabilidad alternativo para sistemas cubierta-correa

Se permite el arriostramiento torsional que evite el giro alrededor del eje longitudinal de un miembro, en combinación con restricciones laterales que eviten el desplazamiento lateral de la aleta superior en la línea del pórtico, en lugar de los requisitos de la sección F.4.4.6.3.1. La riostra torsional debe prevenir la rotación de la sección transversal en el punto de arriostramiento discreto a lo largo de la luz del miembro. La conexión de las riostras debe hacerse en, o cerca de, ambas aletas de secciones abiertas comunes, incluyendo las secciones C y Z. La efectividad de las riostras torsionales en la prevención de la rotación de la sección transversal y la resistencia requerida de las riostras laterales en la línea del pórtico se determinará por medio de un análisis racional de ingeniería ó ensayos. El desplazamiento lateral de la aleta superior de la sección C o Z en la línea del pórtico deberá limitarse a φd/20, , calculado para carga mayorada, donde d es la altura del miembro en sección C ó Z, y φ es el factor de resistencia. El desplazamiento lateral entre líneas de pórticos, calculado para carga de servicio, se limita a L/180, donde L es la luz del vano del miembro. Para parejas de correas adyacentes, que se restrinjan contra rotación la una a la otra, no se requiere anclaje externo para el arriostramiento torsional.