Diseño de Paneles y Montantes de Acero Ligero

Este artículo describe el uso del módulo de paneles de muro de cortante de acero ligero (acero conformado en frío) de StatiCAD. El módulo realiza dos verificaciones básicas: la capacidad a cortante del revestimiento del panel (TBDY 2018) y la verificación de los montantes del bastidor del panel a compresión axial + flexión por viento fuera del plano (Método del Ancho Efectivo — MAE según la disposición del Capítulo 4 de HCBTİE; LRFD o ASD). Las fuerzas se toman de la solución del análisis del programa; los resultados se presentan en los avisos del análisis y en los informes de cálculo en turco/inglés.

Artículos relacionados: Diseño de Vigas y Columnas de Acero Ligero, Condiciones Normativas, Anclaje y Cimentación, Fundamentos Teóricos, Validación.

info

¿En qué ediciones? Los cálculos de acero ligero están disponibles en la edición StatiCAD Ultimate. Los datos del panel se guardan con el proyecto en todas las ediciones.

1. Flujo general

1. Dibuje el muro de la forma habitual y abra la ventana Propiedades del muro.
2. Como tipo de diseño, marque la opción “Panel de acero ligero”.
3. En la pestaña Panel de acero ligero, introduzca los datos del revestimiento y de los montantes (Sección 2) y guarde con Aceptar.
4. En los paneles de la fachada exterior, marque la casilla de eje de borde que corresponda en Propiedades del muro (en el eje de borde Superior/Inferior/Izquierdo/Derecho); la flexión por viento se calcula únicamente en estos muros (Sección 5).
5. En Ajustes generales del proyecto, compruebe el método de diseño (LRFD/ASD), la presión de viento y el límite de flecha del montante (Secciones 5 y 6).
6. Ejecute el análisis. La capacidad a cortante del panel y las verificaciones de los montantes se calculan automáticamente durante el análisis; las insuficiencias aparecen en la lista de avisos al final del análisis (Sección 8).
7. En el árbol de la pestaña Informe de la ventana Selección de informes, marque el grupo “Informes de elementos de acero ligero” y sus subinformes, y genere el informe (Sección 9).

2. Datos de la pestaña “Panel de acero ligero”

Dato	Descripción	Valor por defecto
Revestimiento en cara izquierda/superior	Si existe placa de revestimiento en la cara izquierda (superior) del panel	Sí
Revestimiento en cara derecha/inferior	Si existe placa de revestimiento en la cara derecha (inferior) del panel	Sí
vc,izq, vc,der (kN/m)	Resistencia característica a cortante del revestimiento por unidad de longitud (según tipo de placa, diámetro y separación de los tornillos; la explicación de la pestaña da los valores típicos de la Tabla 10.5 de TBDY)	10,2 (OSB de 11 mm)
Perfil del montante (C / Sigma)	Sección conformada en frío que se utilizará en los montantes del panel; la lista se rellena con la tabla de perfiles incluida en la instalación	Vacío (lo elige el usuario)
Separación de montantes s (mm)	Separación entre ejes de los montantes intermedios	600
Número de montantes de borde n	Número de montantes en cada extremo del panel; la fuerza de vuelco se reparte entre ellos	2

nota

Los archivos de proyecto antiguos que no contienen estos datos se abren sin necesidad de cambios; los campos se cargan con los valores por defecto.

3. Capacidad a cortante del panel (TBDY 2018)

Para cada panel de acero ligero se calcula la capacidad a cortante de la(s) cara(s) revestida(s):

info

Vc = 0,6 · vc · L (L: longitud del muro)

• En el intervalo 2 ≤ h/L ≤ 4, la capacidad se reduce con el factor 2L/h; si h/L > 4 o L < 0,30 m, el panel no participa en la capacidad a cortante.
• Si solo una cara está revestida, se toma la capacidad de esa cara; si ambas caras están revestidas, se usa el total cuando los revestimientos son iguales y la regla max(2·menor, mayor) cuando son distintos.

El resultado se considera como capacidad horizontal del panel en la distribución del cortante de planta y se lista por panel en el informe.

3.1 Panel sin revestimiento

Si en la pestaña Panel de acero ligero se quita la marca de revestimiento de ambas caras (Revestimiento en cara izquierda/superior y Revestimiento en cara derecha/inferior), el panel se considera sin revestimiento:

• La capacidad a cortante del panel es nula, porque la capacidad a cortante proviene del revestimiento. El panel tampoco entra en el cálculo de la cuota de placa de yeso.
• Los montantes se diseñan con las longitudes de pandeo sin revestimiento: Ly = Lz = h y, con n filas de arriostramiento, h/(n+1) (Sección 4.2).
• Si la distribución del cortante se realiza por el método de elementos finitos, con el tipo de rigidez Capacidad el panel en la práctica no recibe cortante. Con el tipo Rigidez clásica recibe cortante en proporción a su rigidez; si este cortante supera la milésima parte del cortante de panel de la planta en la misma dirección, se emite un error. En la distribución clásica del cortante, el panel no recibe cortante.
• En los avisos del análisis aparece una línea informativa que indica los paneles sin revestimiento.

Si el panel está realmente revestido, compruebe las marcas de las caras.

3.2 Planta sin paneles con capacidad a cortante

Si en una planta todos los paneles de una dirección (X o Y) están sin revestimiento o son cortos (h/L > 4 o L < 0,30 m), en esa dirección no queda ningún panel que soporte la carga horizontal. En este caso, el análisis emite el error “kat, X/Y doğrultusu: kesme kapasiteli panel yok” (planta, dirección X/Y: no hay ningún panel con capacidad a cortante) y lo escribe en la lista de control del proyecto. El cortante de planta se asigna a estos paneles con la hipótesis de revestimiento en ambas caras, solo para poder distribuirlo; como su capacidad sigue siendo nula, las verificaciones de los paneles resultan insuficientes. Revista una parte de los paneles o alárguelos. No se admiten los paneles con arriostramiento en cruz de flejes de acero.

4. Verificación de montantes (MAE — HCBTİE Capítulo 4)

4.1 Solicitaciones

Para cada panel, el análisis obtiene la envolvente del cortante en el plano (V) y del axial vertical (N) del muro en todas las combinaciones de carga; el nombre de la combinación determinante se muestra en el informe. Las solicitaciones de los montantes se derivan de esta envolvente:

Elemento	Solicitación axial	Descripción
Montante intermedio	Nint = N · s / L	Parte del axial vertical correspondiente al área de influencia
Montante de borde	Nborde = max[ N·(s/2)/L + (V·h/L)/n ; Cd ]	Parte del área de influencia + parte de la fuerza de extremo debida al momento de vuelco, dividida entre el número de montantes de borde. Cd es la misma distribución amplificada con el factor de sobrerresistencia D del efecto sísmico y calculada combinación por combinación (TBDY 10.4.1.1(a)); rige el mayor valor. En el informe aparece junto a la solicitación “(D ile)” o “(zarf)” (con D / envolvente).

4.2 Capacidad

Para la sección elegida se obtiene con el MAE la capacidad a compresión axial (Pd): rige la menor de las filas de pandeo local (anchos efectivos), pandeo distorsional y pandeo global por flexión–torsión. Longitudes de pandeo:

• Eje fuerte: Lx = altura del panel h.
• Si al menos una cara está revestida, para el eje débil y la torsión se toma Ly = Lz = separación de montantes s y el pandeo lateral–torsional se considera arriostrado; sin revestimiento, Ly = Lz = h (h/(n+1) si se han definido n filas de arriostramiento; véase Condiciones Normativas, Anclaje y Cimentación en Edificios de Acero Ligero).

Las propiedades de la sección bruta (A, Ix, Iy) son los valores de catálogo del fabricante de la tabla de perfiles; la constante de torsión, el centro de cortante y la constante de alabeo se calculan automáticamente a partir de la geometría de la sección. En paneles revestidos, la fila determinante suele ser el pandeo distorsional; la tensión crítica distorsional se calcula con el método general de HCBTİE 4.10.3.3 o, si se elige, con el método de banda finita (véase Fundamentos Teóricos).

Para cada panel se verifican por separado los montantes de borde e intermedios. Se calculan dos ratios y el mayor, como ratio determinante, da el veredicto Yeterli / YETERSİZ (Suficiente / INSUFICIENTE):

• Ratio axial = PEd/Pd (envolvente de todas las combinaciones de carga),
• Ratio de combinación de viento = P/Pd + M/Md (solo en muros exteriores; HCBTİE Ec. 4.8.4).

5. Flexión por viento fuera del plano y flecha

Los montantes de los muros con eje de borde marcado (exteriores) se flectan como una viga simplemente apoyada bajo la presión del viento perpendicular a la cara del muro:

• w = max(0,8 · q ; 0,5) kN/m² (0,8: coeficiente de presión de TS 498; 0,5 kN/m²: límite inferior de la carga de viento característica de HCBTİE)
• M = γW · w · b · h² / 8 (b: s en el montante intermedio, s/2 en el de borde; se aplica la amplificación de segundo orden)

q es el cuadro “Carga de viento” de la pestaña Ajustes generales del proyecto → Combinaciones de carga; debe introducirse el valor de TS 498 correspondiente a la altura del edificio (0–8 m: 0,5; 8–20 m: 0,8; 20–100 m: 1,1 kN/m²). La carga de nieve de la misma pestaña se incluye en el axial de la combinación de viento. Combinaciones de viento — LRFD: 1,2G + 1,0Q + 0,5S + 1,6W y 1,2G + 1,6S + 0,8W; ASD: G + 0,75Q + 0,75S + 0,45W y G + 0,6W.

nota

Si ningún panel de acero ligero del proyecto está marcado como muro exterior, en la lista de avisos del análisis aparece una línea que lo indica; la flexión por viento no se omite en silencio. También se emite un aviso si no se ha introducido q o si es inferior al valor de TS 498 correspondiente a la altura de la cota superior del panel (el programa no modifica q).

Control de flecha: En los montantes de muros exteriores se calcula la flecha fuera del plano con el valor característico del viento y se comprueba δ ≤ h/K. La flecha se calcula con la inercia de la sección efectiva en el momento de servicio (HCBTİE 4.9.5); en secciones esbeltas puede resultar mayor que la calculada con la inercia bruta. K se elige en la lista Límite de flecha del montante del cuadro “Método de diseño de elementos de acero ligero” de la pestaña Ajustes generales del proyecto → Selección de normativa (h/120, h/200, h/240 por defecto, h/300, h/360). Como HCBTİE no da un límite específico para montantes, la elección debe hacerla el ingeniero según el tipo de revestimiento: h/120 es habitual con revestimiento flexible, h/240 con placa de yeso u OSB, y h/360 con enlucido o revestimiento cerámico. El resultado se escribe en el informe en una fila independiente “Sehim” (flecha); si se supera, el montante se considera insuficiente.

6. Método de diseño: LRFD / ASD

Se elige en el cuadro “Método de diseño de elementos de acero ligero” de la pestaña Ajustes generales del proyecto → Selección de normativa (visible cuando el tipo de edificio es acero ligero o cuando el proyecto contiene paneles de acero ligero) y se guarda con el proyecto:

Opción	Resistencia	Combinaciones de carga
LRFD (por defecto)	φc = 0,85, φb = 0,90 (HCBTİE)	Combinaciones del programa; en las combinaciones con sismo, 1,2G en lugar de G; además, las combinaciones verticales de HCBTİE 4.3.1 (1,4G; 1,2G + 1,6Q + 0,5S; 1,2G + 1,6S + Q) se generan a partir de los resultados simples G/Q/S y se añaden a la envolvente.
ASD	Ωc = 1,80, Ωb = 1,67 (AISI S100)	Las combinaciones del programa se convierten a sus equivalentes ASD; además se añaden a la envolvente G + Q, G + S, G + 0,75Q + 0,75S y la versión G + 0,7E de las combinaciones con sismo.

peligro

HCBTİE solo define LRFD; la opción ASD es para comparación y predimensionamiento. En los cálculos oficiales utilice LRFD. Los proyectos antiguos se abren con LRFD.

7. Restricción al giro del revestimiento (kφ)

El revestimiento de OSB o contrachapado restringe el giro de las alas del montante y aumenta la resistencia al pandeo distorsional (HCBTİE 4.10.3.3, AISI S240). Si no se introducen datos, se toma kφ = 0.

• En el cuadro “Restricción al giro del revestimiento sobre el montante” de la pestaña Propiedades del muro → Panel de acero ligero se introducen, para la cara izquierda y la derecha, el tipo de placa (Sin definir / Placa de yeso / OSB / Contrachapado / kφ de usuario), la rigidez a flexión de la placa (0 = valor por defecto del tipo), la separación de tornillos y, solo para “kφ de usuario”, el valor de kφ. En el cálculo se usa el menor de las dos caras: si una de las caras es de placa de yeso, está sin definir o sin revestimiento, resulta kφ = 0.
• Condiciones: separación de tornillos ≤ 305 mm y separación de montantes ≤ 625 mm; en caso contrario se toma kφ = 0 y el informe indica el motivo. La placa de yeso no se considera en el cálculo de resistencia.
• En la nota del montante del informe se escribe el valor de kφ de cada cara o el motivo de que sea cero, y el valor utilizado.

8. Avisos del análisis

Aviso	Significado / qué hacer
“… hafif çelik panel dikme hesabı yapılamadı: Dikme profili seçilmedi” (no se pudo calcular el montante del panel de acero ligero: no se ha elegido perfil de montante)	No se ha elegido perfil de montante en la pestaña del panel. Elija el perfil en Propiedades del muro → pestaña Panel de acero ligero.
“… hafif çelik panel KENAR/ARA dikmesi yetersiz (oran=…)” (montante de BORDE/INTERMEDIO del panel de acero ligero insuficiente)	El ratio determinante del montante correspondiente supera 1. Elija un perfil mayor o más grueso, reduzca la separación de montantes o aumente el número de montantes de borde.
“Hafif çelik panellerde bina kenar aksı (dış duvar) işaretli duvar yok …” (no hay muros marcados como eje de borde del edificio (muro exterior) en los paneles de acero ligero)	Como ningún panel está marcado como muro exterior, no se calculó la flexión por viento. Marque las casillas de eje de borde en los paneles de fachada.
“… hafif çelik panel dikme sehimi fazla (rüzgâr: sehim=… mm > h/K=… mm)” (flecha excesiva del montante del panel de acero ligero)	La flecha fuera del plano del montante del muro exterior supera el límite elegido. Elija un perfil más rígido, reduzca la separación de montantes o, si el tipo de revestimiento lo permite, revise el límite.
“Rüzgâr basıncı q girilmemiş …” / “… TS 498 yükseklik kademesinin altında …” (no se ha introducido la presión de viento q / por debajo del escalón de altura de TS 498)	Introduzca en Ajustes generales del proyecto → Combinaciones de carga → Carga de viento el valor adecuado a la altura del edificio.
Línea informativa de paneles sin revestimiento	Se listan los paneles con ambas caras marcadas como sin revestimiento; estos paneles no resisten cortante (Sección 3.1). Si el panel está revestido, corrija las marcas de las caras.
“… kaplamasız … katılamaz ancak analizde V=…” (… sin revestimiento … no puede participar, pero en el análisis V=…)	Con el tipo Rigidez clásica, un panel sin revestimiento ha recibido en el análisis un cortante mayor que la milésima parte del cortante de panel de la planta. Revista el panel o utilice el tipo Capacidad.
“kat, X/Y doğrultusu: kesme kapasiteli panel yok” (planta, dirección X/Y: no hay ningún panel con capacidad a cortante)	En esa dirección no hay ningún panel capaz de soportar la carga horizontal (Sección 3.2). Revista una parte de los paneles o alárguelos.

9. Informes

En el árbol de la pestaña Informe de Selección de informes se encuentra el grupo “Informes de elementos de acero ligero” (aparece si el proyecto contiene paneles de acero ligero):

• Diseño de paneles de acero ligero: Por panel, datos del revestimiento, h, L, valores de vc introducidos y capacidades a cortante del revestimiento.
• Diseño de montantes de acero ligero (MAE): Planta por planta y panel por panel — nombre del panel y perfil, geometría (h, L, s, n), método de diseño y presión de viento, fuerzas de la envolvente (con el nombre de la combinación determinante), y para el montante de borde y el intermedio la solicitación, la capacidad, el ratio axial, el ratio determinante y el estado; en muros exteriores, la fila de combinación de viento y la flecha; filas de anclaje y cortante del panel; filas de soleras inferior y superior y de arriostramiento (solicitación, resistencia a tracción y a compresión, ratio, colector, fuerza del arriostramiento y avisos de detalle de HCBTİE 6); nota de hipótesis de cálculo.
• Diseño de vigas de acero ligero (MAE) y Diseño de columnas de acero ligero (MAE): Si el proyecto contiene este tipo de elementos (véase Diseño de Vigas y Columnas de Acero Ligero).

Los informes se generan en turco o inglés según el idioma del programa; una vez terminado el análisis se obtienen con “Generar todos los informes seleccionados” y pueden exportarse como PDF/DOCX.

10. Preguntas frecuentes

La capacidad a cortante del panel aparece como 0. Puede ser que h/L > 4 o L < 0,30 m, o que no esté marcado el revestimiento en ninguna de las dos caras (panel sin revestimiento, Sección 3.1). En proyectos antiguos, la resistencia del revestimiento puede venir con el valor por defecto anterior (2,7 kN/m); compruébelo en la pestaña.

La lista de perfiles de montante está vacía o solo muestra perfiles Sigma. Los perfiles se cargan del archivo HafifCelikProfil.txt de la carpeta de instalación (527 perfiles). Si no se encuentra este archivo, se utiliza el archivo de reserva HafifCelikSigma.txt (90 perfiles Sigma); si no existe ninguno de los dos, la lista queda vacía. Reinstale la actualización.

En un muro de acero ligero nuevo el perfil del montante aparece vacío. El perfil lo elige el usuario: Propiedades del muro → Panel de acero ligero → Perfil del montante. Si no se elige, el análisis emite un aviso.

En el informe no hay fila de combinación de viento y pone “iç duvar” (muro interior). El muro no está marcado con ninguna de las casillas de eje de borde. Si es un muro de fachada, marque el eje de borde correspondiente en Propiedades del muro y repita el análisis.

Junto a la solicitación del montante de borde aparece “(D ile)”. Según TBDY 10.4.1.1(a), la solicitación del montante de borde también se calcula a partir de las combinaciones sísmicas amplificadas con el factor de sobrerresistencia D; en edificios de varias plantas también se tiene en cuenta el momento de vuelco acumulado desde las plantas superiores. Si el ratio es insuficiente, aumente el número de montantes de borde o el perfil.

En la nota al pie del informe aparece la nota “Kenar rijitleştirici (HCBTİE 4.9.3)” (rigidizador de borde). El labio no basta para rigidizar completamente el ala; el coeficiente de placa del ala y los anchos efectivos se han reducido según la normativa. Si se elige un perfil de mayor espesor o de labio más largo, la reducción disminuye.

¿Por qué en un panel revestido la fila determinante es siempre el pandeo distorsional? El revestimiento limita el pandeo del eje débil y el de torsión a la separación de montantes; en secciones de pared delgada, en esa situación la menor resistencia la da normalmente el pandeo distorsional. Introducir la restricción al giro del revestimiento (Sección 7) y la opción de banda finita (en secciones Sigma) calcula esta resistencia de forma más realista.