9-DISEÑO SISMORRESISTENTE EN ACERO

(1)

VIII DIPLOMADO INGENIER

VIII DIPLOMADO INGENIERÍ

ÍA ESTRUCTURAL

A ESTRUCTURAL

LIMA

LIMA-

-PERU, ABRIL

PERU, ABRIL-

-

MAYO 2010

Ing. Eduardo Nu

ñ

ez C.

9. DISE

Ñ

O SISMORRESISTENTE

EN ACERO

(2)

1. Normas y Códigos aplicables.

2. Filosofía de Diseño.

3. Casos y Combinaciones de carga.

4. Definición de la Acción Sísmica.

5. Sistemas Estructurales.

5.1 SMF y STMF.

5.2 SCBF y BRBF.

5.3 EBF.

CONTENIDO

(3)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

DIPLOMADO EN INGENIER

DIPLOMADO EN INGENIERÍÍA ESTRUCTURAL. LIMA, ABRILA ESTRUCTURAL. LIMA, ABRIL--MAYO 2010MAYO 2010

1. NORMAS Y C

Ó

DIGOS

• ANSI/AISC 360-05 “Specification for Structural Steel Buildings”

• ANSI/AISC 341-05 “Seismic Provisions for Structural Steel Buildings”

• ANSI/AISC 358-05 “Prequalified Connections for Special and Intermediate

Steel Moment Frames for Seismic Applications”

• AISC LRFD-99 “Load Resistance Factor Design”

• AISC ASD-01 “Allowable Stress Design”

• AISC –

“Steel Design Guide (Second Edition)”

• SEI/ASCE 7-02: “Minimum Design Loads for Buildings and Other

Structures”

(4)

1. NORMAS Y C

Ó

DIGOS

• FEMA 350

Recommended Seismic Design Criteria for New Steel

Moment-Frame Buildings

• FEMA 351

Recommended Seismic Evaluation and Upgrade Criteria for

Existing Welded Steel Moment-Frame Buildings

• FEMA 352

Welded Steel Moment-Frame Buildings

• FEMA 353

Recommended Specifications and Quality Assurance Guidelines

for Steel Moment-Frame Construction for Seismic Applications

(5)

• Establecer un Diseño Por Capacidad: Limitar Mecanismos Frágiles y propiciar

Mecanismos Dúctiles.

• Elegir y establecer el patrón de falla adecuado de los elementos “Fusibles”

que

entrarán en cedencia durante un evento sísmico.

• Los elementos “Fusibles”

deben ser capaces de desarrollar incursiones inelásticas

significativas y de disipar energía durante un evento sísmico.

• Diseñar el resto de los elementos del sistema resistente a sismo con la condición

de que permanezcan en el rango elástico al presentarse las fallas dúctiles (Rótulas

plásticas) esperadas en los “Fusibles”.

• Las Conexiones de los elementos “Fusibles”

deben ser diseñadas en función a la

capacidad inelástica esperada de los mismos.

• Las conexiones del resto de los elementos del sistema resistente

a sismo deben

ser diseñadas para las fuerzas que se producen al presentarse las fallas dúctiles

(Rótulas plásticas) esperadas en los “Fusibles”.

2. FILOSOF

Í

A DE DISE

Ñ

O

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

(6)

(a)

(b)

(a)

Comportamiento más Dúctil

(7)

3. CASOS Y COMBINACIONES DE CARGA

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

(8)

3. CASOS Y COMBINACIONES DE CARGA

(9)

3. CASOS Y COMBINACIONES DE CARGA

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

(10)

3. CASOS Y COMBINACIONES DE CARGA

(11)

3. CASOS Y COMBINACIONES DE CARGA

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

(12)

3. CASOS Y COMBINACIONES DE CARGA

(13)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

FACTORES DE SOBRE-RESISTENCIA

(14)

(15)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

(16)

(17)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

(18)

SITUACION

λ

_ps

λ

_p

λ

_r

Flexión en alas de

secciones doble T

laminadas

f

t

2 b

y

30 .

0 γ

0 .

38 γ

_y

1 .

0 γ

_y

Almas de secciones

doble T en flexión

t

_w

h

y

45 .

2 γ

3 .

76 γ

_y

5 .

70 γ

_y

Alas de perfiles

angulares aislados,

o dobles con

separadores

t

b

y

30 .

0 γ

NA

0 .

45 γ

_y

Alas de secciones

HSS rectangulares

_t

h

y

64 .

0 γ

1 .

12 γ

_y

1 .

40 γ

_y

Tubos redondos en

compresión

_t

D

y

F

/

E

044 .

0 NA

0 .

11 E

/

F

_y

Tubos redondos en

flexión

_t

D

y

F

/

E

044 .

0

0 .

07 E

/

F

_y

0 .

31 E

/

F

_y

Donde:

y

F

E

=

γ

(19)

4. DEFINICI

Ó

N DE ACCI

Ó

N S

Í

MICA

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

(20)

4. DEFINICI

(21)

4. DEFINICI

Ó

N DE ACCI

Ó

N S

Í

MICA

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

Aceleración del Terreno

Masa del

Edificio: m

(22)

4. DEFINICI

Ó

N DE ACCI

Ó

N S

Í

MICA

F = ma

Fuerzas Inerciales

debidas a la masa de

la Edificación

(23)

DISE

DISEÑ

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

H

(24)

4. DEFINICI

Ó

N DE ACCI

Ó

N S

Í

MICA

H

Δ

_yield

Δ

_failure

Ductility Factor μ

=

Δ

failure

(25)

4. DEFINICI

Ó

N DE ACCI

Ó

N S

Í

MICA

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

Sistema de un grado de libertad

T

S

_a

S

_aj

T

_j

ü

_{g máx}

T

S

_v

S

_vj

T

_j

ü

_T

(t)

t

ü

_T

(t)

_máx

ů(t)

t

ů

(t)

_máx

T

S

_d

_S

_dj

T

_j

Registro fuente

Histogramas de respuestas

Valores espectrales

t

u(t)

u (t)

_máx

t

ü

_g

(t)

_máx

m

k, ω

_j

T

_j

, ξ

u

_T

(t)

u (t)

u

_g

(t)

(26)

4. DEFINICI

Ó

N DE ACCI

Ó

N S

Í

MICA

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

A

c

el

er

aci

ó

n

E

s

pec

tr

a

l

n

o

rm

a

liz

a

d

a A

d

/A

0

Período T (s)

(27)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

δ

_xe

= Deriva para fuerzas de

diseño.

R = Factor de reducción de

respuesta.

R

_d

= Factor de reducción de

ductilidad.

Ω

₀

= Factor de sobre resistencia

δ

_x

= Deriva de diseño.

C

_d

= Coeficiente de amplificación

de desplazamiento.

C

_d

= 0.8R (COVENIN 1756:2001)

V = Corte basal para las

fuerzas de diseño.

Respuesta elástica

de la estructura

Resistencia

cedente

total

Nivel de fuerza de diseño

R

_d

R

Ω

₀

Rotulas progresivas

Desplazamiento lateral (Deriva)

Fuerza lateral sísmica V

δ

_xe

δ

_x

_δ'

xe

V

_Y

V’

_E

C

_d

(28)

5. SISTEMAS ESTRUCTURALES

(29)

5.1 SISTEMAS RESISTENTE A MOMENTO

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

Sistema aporticado

MRF

Sistemas estructurales constituidos por pórticos a

momento.

Capaces de resistir la totalidad de las fuerzas sísmicas

mediante deformaciones debidas a la flexión y corte de

las vigas y columnas.

Ejes de las columnas continuos hasta la fundación.

(30)

5.1 SISTEMAS RESISTENTE A MOMENTO

(31)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

5.1 SISTEMAS RESISTENTE A MOMENTO

(32)

5.1 SISTEMAS RESISTENTE A MOMENTO

(33)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

Clasificación según su nivel de Desempeño sismorresistente.

Special Moment Frames (SMF). Pórticos Especiales a Momento. Sistemas

capaces de desarrollar incursiones inelásticas Significativas,

de manera estable.

Intermediate Moment Frames (IMF). Pórticos Intermedios a Momento. Sistemas

capaces de desarrollar incursiones inelásticas Moderadas, de

manera estable.

Ordinary Moment Frames (OMF). Pórticos Intermedios a Momento. Sistemas

con una capacidad inelástica muy Limitada. Su desempeño

esta basado en el rango elástico

5.1 SISTEMA RESISTENTE A MOMENTO

(34)

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

(35)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

(36)

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

(37)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

(38)

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

(39)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

e) Relación de Momentos Columna-Viga (9.6 AISC Seismic Provisions )

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

(40)

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

(41)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

(42)

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

(43)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

(44)

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

(45)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

(46)

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

Relación entre columnas y

vigas

(47)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

Relación entre columnas y

vigas

(48)

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

(49)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

(50)

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

(51)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

(52)

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

g) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic

Provisions

)

g.1) Distribución de Fuerzas en la Zona del Panel (Junta Viga-

Columna)

(53)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

h) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic

Provisions

)

(54)

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

h) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic

Provisions

)

(55)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

h) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic

Provisions

)

(56)

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

h) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic

Provisions

)

(57)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

5.1 SPECIAL MOMENT FRAMES (SMF):

h) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic

Provisions

)

(58)

5.1 SPECIAL TRUST MOMENT FRAME (STMF):

. Existen 2 zonas

potenciales: la zona central,

llamada “especial”, en la

que los elementos se

consideran fusibles y la

zona externa, llamada “no

especial”, donde los

elementos no requieren

entrar en rango inelástico.

. Tiene una deformada

igual al EBF.

. La zona central debe ser

simétrica y con

(59)

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

5.1 SPECIAL TRUST MOMENT FRAME (STMF):

. Límites geométricos:

L<20m

d<2m

0.1<Ls/L<0.5

2/3<Lp/d<3/2

(60)

5.1 SPECIAL TRUST MOMENT FRAME (STMF):