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Diseño de Vigas y Columnas de Acero Ligero

Independientemente de los montantes de panel, una viga de atado (viga) o una viga de atado vertical (columna) del modelo puede diseñarse con una sección de acero ligero. El cálculo se realiza con el método del ancho efectivo (MAE) a partir de las fuerzas envolventes de elementos finitos del elemento (M3, V2, N; en columnas, además M2); es el equivalente en acero ligero del flujo de vigas y columnas de acero. Para el diseño de paneles, véase el artículo Diseño de Paneles y Montantes de Acero Ligero.

info

¿En qué ediciones? Los cálculos de acero ligero están disponibles en la edición StatiCAD Ultimate.

1. Asignación de sección​

  1. En la ventana Propiedades de la viga de atado (viga de atado vertical), marque la opción “Acero ligero” en el cuadro Tipo de elemento (junto a las opciones de madera y acero).
  2. Para la sección, abra la ventana Perfil de fabricación, y bajo Cold Formed seleccione la categoría C, Z, U, C+, Sigma o Sigma+. Los 527 perfiles de las tablas predefinidas se listan con el formato “CC C200x80x16x2”, “ZZ Z200x60x15x2”, “UU U200x94x4”, “CPLUS C+200-89x25x15x4”, “SIGMA S200-50x67x16x2”, “SIGMAPLUS S+200-55x95x25x15x4”.
  3. Seleccione el perfil y pulse Asignar; el dibujo de la sección (contorno real), las propiedades brutas (A, Ix, Iy de catálogo) y las magnitudes de torsión se cargan automáticamente. Como material se asigna el grado de acero (p. ej., S235, S355); Fy y E se leen de este material.
  4. Ejecute el análisis; los resultados aparecen en la lista de avisos del análisis y en el informe.

2. Combinaciones de carga​

Las solicitaciones se toman, además de las combinaciones del programa, con las combinaciones de HCBTİE 4.3.1 — LRFD: 1,4G; 1,2G + 1,6Q + 0,5S; 1,2G + 1,6S + 1,0Q; si hay viento, 1,2G + 1,0Q + 0,5S + 1,6W y 0,9G + 1,6W; ASD: las combinaciones correspondientes de ASCE 7. Así, los coeficientes de las combinaciones verticales del proyecto (por defecto 1,0G + 1,0Q) no se quedan cortos en los elementos de acero ligero. En el informe se escribe el nombre de la combinación determinante; la marca “[1.2G+1.0Q]” o “[GKT]” indica que los coeficientes de la combinación del programa se han convertido según el método (GKT = ASD).

nota

La lista de combinaciones de TBDY no contiene el caso de carga de viento: para que el viento entre en el diseño de vigas y columnas deben seleccionarse casos de carga y combinaciones definidos (en caso contrario se emite un aviso). La flecha de la viga se calcula con combinaciones de servicio sin coeficientes (G + Q, G + S). El método de diseño (LRFD/ASD) procede del mismo ajuste del proyecto que el de los montantes de panel.

3. Verificaciones​

ElementoSolicitaciones (envolvente del análisis)Longitudes de pandeoVerificaciones
VigaM3, V2, NLx = luz; longitud sin arriostramiento lateral según el signo del momento: Lb+ = longitud del elemento o Le del usuario (si el ala superior está unida al revestimiento, no hay pandeo lateral-torsional con momento positivo), Lb− = separación de arriostramiento del ala inferior (si no se introduce, Lb+); Cb a partir del diagrama de momentos (1 en voladizo y cuando Lb < L)M+/Md+ y M−/Md− con signo, V/Vd, P/Pd + M/Md (Ec. 4.8.4), flexión + cortante simultáneos (Ec. 4.8.5/4.8.6, con Mdlo en el denominador), aplastamiento del alma en el apoyo (4.8.3), necesidad de rigidizador 7.4, flecha L/K y flecha solo por sobrecarga L/250 (Tabla 7.1), vibración (7.5)
ColumnaN, M3, M2, V2KLx = KLy = altura de planta (K = 1) o dato del usuarioN/Pd, P/Pd + Mx/Md,x + My/Md,y (Ec. 4.8.4), V/Vd, aviso KL/r > 200; en columna a tracción, T/Td (Ec. 4.8.1/4.8.2)
  • La resistencia a flexión es la menor de las filas de pandeo global (lateral–torsional), local y distorsional; la resistencia a compresión se determina de la misma manera.
  • En la columna, la capacidad a flexión del eje débil se calcula por separado para las dos direcciones a partir de la sección efectiva.
  • La suficiencia del rigidizador de borde (labio) se verifica según HCBTİE 4.9.3; si hay reducción, se indica en la nota al pie del informe.
  • Las secciones que no cumplen las condiciones de sección transversal del Capítulo 3 de HCBTİE (p. ej., en secciones con relación labio/ala < 0,20 el labio se ignora) se señalan en la nota al pie del informe.
  • Para los datos específicos de la vigueta de forjado (unión al revestimiento, separación de arriostramiento del ala inferior, forma del apoyo, longitud de apoyo, rigidizador, arriostramiento transversal) y el detalle de las comprobaciones, consulte el artículo Forjado de Acero Ligero: Viguetas de Forjado y Diafragma.
  • La sección Z se calcula como correa/viga que flecta alrededor del eje perpendicular al alma; en la sección U, como no hay labio, las alas se toman como elemento no rigidizado y no aparece fila distorsional; en las secciones C+ y Sigma+ el retorno en el extremo del labio se tiene en cuenta como parte del rigidizador de borde.

4. Restricción al giro del revestimiento​

También en vigas y columnas puede tenerse en cuenta la restricción al giro (kφ) que el revestimiento proporciona al ala: en las propiedades del elemento (en la viga, pestaña Madera2; en la columna, pestaña Madera) se introducen en el cuadro “Acero ligero: restricción al giro del revestimiento” el tipo de revestimiento, la separación entre elementos, la rigidez a flexión de la placa, la separación de tornillos y, si procede, el valor de kφ del usuario.

  • Se supone que el revestimiento introducido está en ambas alas; en elementos con solo un ala revestida, deje “Sin definir”.
  • En elementos de borde en los que la placa está solo a un lado del elemento (p. ej., viga de borde de forjado), introduzca la mitad de la rigidez a flexión de la placa.
  • Condiciones: separación de tornillos ≤ 305 mm y separación entre elementos ≤ 625 mm; en caso contrario se toma kφ = 0 y el informe indica el motivo.

5. Informes​

Si el proyecto contiene vigas o columnas de acero ligero, en el grupo Informes de elementos de acero ligero aparecen las páginas Diseño de vigas de acero ligero (MAE) y Diseño de columnas de acero ligero (MAE): nombre del elemento y sección, geometría (L, Lb / KL, esbeltez, A, I), método y material, solicitaciones y combinaciones determinantes, flexión (global / local / distorsional → Md; en la viga, momento positivo y negativo por separado), cortante, interacción axial + flexión, flecha en la viga, filas de aplastamiento del alma, rigidizador de alma y vibración, filas de compresión en la columna y nota de hipótesis.

6. Biblioteca de perfiles predefinidos de acero ligero​

Los perfiles se leen del archivo HafifCelikProfil.txt de la carpeta de instalación. La tabla contiene las 527 secciones predefinidas de acero ligero: C (89), Z (90), U (88), C+ (87), Sigma (90), Sigma+ (83); altura de 100–400 mm, espesor de pared de 1,0–4,0 mm.

Cada fila contiene el código de tipo (1 = C, 2 = Z, 3 = U, 5 = Sigma, 8 = C+, 9 = Sigma+), la geometría completa (H, A, B, C1, C2, D retorno, E, F, G, T, R) y las propiedades de sección de catálogo (peso, A, Ix, Wx, ix, Iy, Wy, iy, ex, ey). En la lista de montantes de panel solo se ofrecen las secciones C, C+, Sigma y Sigma+. En el diseño, A, Ix e Iy brutos se toman de las columnas de catálogo; las columnas de geometría se utilizan en el cálculo de ancho efectivo, torsión y pandeo distorsional.

info

Cómo añadir sus propios perfiles: El archivo es de texto simple; las líneas que empiezan por # son comentarios. Puede añadir sus propios perfiles con la misma disposición de columnas (geometría en mm, propiedades de sección en cm, separador decimal punto). Si las columnas de catálogo se dejan vacías o en 0, las propiedades se calculan a partir de la geometría (modelo de esquinas vivas, unos pocos por ciento superior).

# Tip|Ad|H|A|B|C1|C2|D|E|F|G|T|R|Agirlik_kgm|Alan_cm2|Ix_cm4|Wx_cm3|ix_cm|Iy_cm4|Wy_cm3|iy_cm|ex_cm|ey_cm
1|C200x80x16x2|200|80|80|16|16|0|0|0|0|2|3|5.9|7.51|471.93|47.19|7.91|60.29|10.51|2.83|2.26|0
5|S200-50x67x16x2|200|67|67|16|16|0|50|15|25|2|3|5.89|7.5|430.94|43.09|7.55|32.56|7.46|2.08|2.34|0

7. Alcance e hipótesis​

  • Solo se calculan las secciones de la tabla de perfiles predefinidos (HafifCelikProfil.txt); si se asigna una sección que no está en la biblioteca, el cálculo se marca como insuficiente con la nota “kütüphanede yok” (no está en la biblioteca).
  • El cálculo de la viga se basa en la hipótesis de que la carga pasa por el centro de cortante o de que la torsión está limitada por las conexiones (HCBTİE Capítulo 5). En vigas C, U y C+, si las dos alas no están efectivamente unidas al revestimiento, debe disponerse una conexión adicional contra la torsión.
  • La sección Z se calcula solo para flexión alrededor del eje perpendicular al alma; no se modelan la flexión alrededor del eje principal ni el comportamiento biaxial sin arriostramiento lateral.
  • En la columna a tracción, el área neta se toma igual al área bruta; los agujeros de tornillos y bulones y la resistencia de la unión deben verificarse aparte.
  • La fuerza axial artificial (compuesta) que producen conjuntamente el desfase del eje de la viga y el diafragma rígido se descuenta de la fuerza axial en el diseño de vigas de acero ligero (véase Forjado de Acero Ligero: Viguetas de Forjado y Diafragma).

8. Preguntas frecuentes​

Recibo el aviso “… hafif çelik kiriş/kolon hesabı yapılamadı: kesit kütüphanede yok” (no se pudo calcular la viga/columna de acero ligero: la sección no está en la biblioteca). Se ha asignado al elemento una sección ajena a la tabla de perfiles predefinidos. Seleccione una sección de la categoría C, Z, U, C+, Sigma o Sigma+ en Perfil de fabricación → Cold Formed.

Recibo el aviso “… hafif çelik kiriş yetersiz (M/Md=… V/Vd=… sehim=…)” (viga de acero ligero insuficiente). Aumente la sección o revise los datos de arriostramiento lateral (Le). Si en una vigueta de forjado el ala superior está unida de forma continua al revestimiento, márquelo en la pestaña Acero Ligero; con momento positivo desaparece el pandeo lateral-torsional.

En el informe del perfil U, las filas distorsionales ponen “yok” (no hay). En la sección U sin labio no se aplica la fila de pandeo distorsional; estas filas son para alas con rigidizador de borde.

En la columna aparece la fila “Çekme” (tracción). La columna está a tracción en al menos una combinación. La resistencia a tracción se calcula con la hipótesis de área neta = área bruta; los agujeros y la resistencia de la unión deben verificarse aparte.