ICNC: Diseño de sistemas de arriostramiento transversal y fuera de plano para estructuras aporticadas

Transcripción

1 ICC: Diseño de sistemas de arriostramiento transversal y fuera de plano para Esta ICC ofrece orientaciones sobre el diseño de sistemas de arriostramientos transversal y fuera de plano para. Índice 1. Generalidades 2 2. Arriostramiento vertical 3 3. Arriostramiento de cubierta 4 4. Referencias 6 Página 1

2 1. Generalidades El arriostramiento es necesario para resistir cargas laterales, principalmente cargas del viento y efectos desestabilizadores de las imperfecciones definidas en 5.3 de E Este arriostramiento debe estar correctamente posicionado y tener una resistencia y rigidez adecuadas para justificar las suposiciones realizadas en el análisis y las comprobaciones de los elementos. Es esencial proveer arriostramiento que sea lo suficientemente fuerte y rígido en todos los puntos que se supone van a estar restringidos en los cálculos de diseño. Esto es especialmente cierto cuando el ala interior del pórtico está en compresión. Por consiguiente, este documento sólo puede dar orientaciones generales, no información detallada. Los criterios de diseño indicados en E están resumidos en este documento. E permite que las imperfecciones sean descritas tanto como imperfecciones geométricas o esfuerzos horizontales equivalentes. Los esfuerzos horizontales equivalentes que producen los esfuerzos en el arriostramiento no aumentan la carga total en toda la estructura, ya que forman un caso de carga auto equilibrante. Leyenda: a) unión resistente a momento b) arriostramiento transversal vertical c) arriostramiento horizontal Figura 1.1 Arriostramientos Página 2

3 2. Arriostramiento vertical 2.1 General Es fundamental que los pilares de las estructuras estén estabilizados. En el plano de un pórtico, esta estabilidad es aportada por la acción del pórtico y la unión pilar/viga resistente a momento (ver Figura 1.1). Hay que suministrar fijación perpendicular al plano del pórtico mediante elementos adicionales para mantener los pilares verticales y resistir las cargas, tales como cargas del viento, que se producen perpendiculares al pórtico. Se asume que los pilares se construyen ligeramente fuera de la vertical, y el método más simple para tener en cuenta este efecto es por medio de las fuerzas horizontales equivalentes indicadas en la Figura 2.1. Estas fuerzas se pueden producir en cualquier dirección, pero se considera que actúan en una dirección cada vez. Imperfecciones laterales iniciales φ φ φ Figura 2.1 Sustitución de imperfecciones iniciales por fuerzas horizontales equivalentes El arriostramiento está diseñado para resistir cargas del viento y fuerzas horizontales equivalentes. Las fuerzas equivalentes se calculan a partir de las imperfecciones para el análisis global de pórticos indicadas en (3) de E , y constituyen aproximadamente el 0,5% de las fuerzas verticales que provocan la compresión axial. Si los pilares soportan un esfuerzo de tracción neto, como en un caso de carga ascendente debida al viento, esta carga no desestabiliza la estructura, por lo que puede ser despreciada al calcular las fuerzas equivalentes. Los resultados del análisis elástico de primer orden no necesitan ser modificados para tener en cuenta los efectos de segundo orden donde V / V cr 0,1 ( no-traslaccional de E ). Esto es muy probable en la práctica. En este caso, V es la suma de las cargas verticales sobre todos los pilares que dependen del sistema de arriostramiento para la estabilidad, y V cr es la carga crítica para todo el grupo de pilares arriostrado por el pórtico de arriostramiento. Página 3

4 En S033 se presentan métodos simples para tener en cuenta efectos de segundo orden en pórticos. 2.2 Pórtico de arriostramiento El término pórtico de arriostramiento se utiliza normalmente para describir un sistema de arriostramiento que se compone de pórticos en lugar de arriostramiento en cruz para ofrecer la sujeción normal a las estructuras principales. Un ejemplo de arriostramiento en pórtico se indica en la Figura 2.2. Se utiliza frecuentemente para ofrecer estabilidad lateral a la parte superior de los pilares internos, ya que el uso del arriostramiento en cruz de San Andrés (ver Figura 1.1) tendría como resultado una limitación inaceptable de la libertad de uso. También se utiliza en muros exteriores, donde el arriostramiento en cruz podría obstruir ventanas, puertas, etc. Los pórticos de arriostramiento están diseñados para resistir las fuerzas horizontales equivalentes totales de todos los pilares cuya estabilidad depende de estos pórticos, junto con la carga del viento pertinente. a) b) a) Pórticos de arriostramiento b) Pórticos principales Figura 2.2 Arriostramiento en pórtico Una solución más eficiente es disponer algunos pilares de manera que el eje fuerte esté en la dirección longitudinal y las fuerzas puedan ser tomadas por la resistencia a la flexión. 3. Arriostramiento de cubierta Se debe proveer arriostramiento en los planos de la cubierta para dar resistencia y rigidez a los puntos de sujeción considerados en las verificaciones de pandeo de los elementos. Además, el arriostramiento debe resistir cualquier esfuerzo aplicado perpendicular al pórtico. El arriostramiento de cubierta, o una acción de diafragma equivalente en las chapas de acero de la cubierta, es necesario para soportar las fuerzas horizontales resultantes de lo siguiente: Fuerzas del viento en el extremo del piñón Fuerzas de estabilidad procedentes de pilares que no están arriostrados por su propio sistema de arriostramiento de plano vertical Fuerzas de estabilidad local de las alas de las vigas y los refuerzos. Página 4

5 Debe quedar claro que las fuerzas de estabilidad locales de las alas no pueden afectar al equilibrio horizontal global de la cubierta. Es una práctica común diseñar el arriostramiento en plano, por ejemplo la viga de viento en el extremo de un edificio, para soportar la carga total del viento y cualquier otra carga necesaria de inestabilidad global. Sin embargo, considerando la flecha teórica de la viga de viento, resulta claro que en la mayoría de los casos estas cargas están compartidas con acción de diafragma de las chapas de cubierta, incluso cuando las chapas no han sido especialmente diseñado para este fin. La información sobre los efectos de estabilización horizontal de las chapas debe ser suministrada por los fabricantes. Es una práctica común asumir que las chapas actúan como un diafragma, que une efectivamente las correas a los nudos de la viga de viento. Cuando no se puede considerar que las chapas actúan como un diafragma, la viga de viento será entonces necesaria para ofrecer un nudo en cada línea de correas que soporte las fuerzas de sujeción de las alas de la estructura aporticada. El desplazamiento vertical entre el plano de la sujeción y el plano del ala comprimida podría ser considerado bajo normas muy extremas. Las cargas en el arriostramiento en plano debidas a imperfecciones se indican en la Figura 3.1. La chapa adecuadamente fijada ayudará a resistir cargas de arriostramiento en plano, pero el uso de las chapas para este fin puede estar prohibido en algunos países y su eficacia puede ser difícil de demostrar. e 0 q d 1 L e 0 imperfección q d fuerza equivalente por longitud unitaria 1 sistema de arriostramiento Figura 3.1 Fuerzas de estabilización equivalentes Página 5

6 4. Referencias Las reglas de esta ICC están basadas en: (1) E : Eurocódigo 3: Diseño de Estructuras de Acero Parte1-1: Reglas generales y reglas para edificios Página 6

7 Registro de Calidad TÍTULO DEL RECURSO ICC: Diseño de sistemas de arriostramiento transversal y fuera de plano para Referencias(s) DOCUMETO ORIGIAL ombre Compañía Fecha Creado por Matthias Oppe RWTH Aachen Contenido técnico revisado por Christian Müller RWTH Aachen Contenido editorial revisado por Contenido técnico respaldado por los siguientes socios de STEEL: 1. Reino Unido G W Owens SCI 07/04/06 2. Francia A Bureau CTICM 07/04/06 3. Suecia A Olsson SBI 07/04/06 4. Alemania C Müller RWTH 07/04/06 5. España J Chica Labein 07/04/06 Recurso aprobado por el Coordinador técnico G W Owens SCI 12/12/06 DOCUMETO TRADUCIDO Traducción realizada y revisada por: eteams International Ltd. 20/06/06 /ecurso de traducción aprobado por: J Chica Labein 18/07/06 Página 7