Condiciones Normativas, Anclaje y Cimentación en Edificios de Acero Ligero

Este artículo describe las reglas normativas que complementan las verificaciones de paneles y montantes en edificios de acero ligero: cálculo y distribución de la carga sísmica, cuota de los paneles con placa de yeso, condiciones estructurales, anclajes de paneles y cimentaciones. Para el diseño de paneles y montantes, véase el artículo Diseño de Paneles y Montantes de Acero Ligero.

1. Carga sísmica: carga sísmica equivalente y T = 0,2 s (TBDY 10.2.6.1)

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Según TBDY 10.2.6.1, en el cálculo sísmico de edificios de acero ligero se utiliza el Método de la Carga Sísmica Equivalente y la aceleración espectral de diseño elástica se obtiene tomando T = 0,2 s. Cuando el tipo de edificio es “acero ligero”, el programa calcula con T = 0,2 s la aceleración espectral, el coeficiente de reducción de la carga sísmica y las magnitudes relacionadas; el periodo calculado queda solo a título informativo.

• Si como método de cálculo sísmico se ha elegido un método basado en la combinación modal, se emite el aviso “TBDY 10.2.6.1” y un error en la lista de control del proyecto (los modos se calculan con sus propios periodos). El mismo aviso se emite cuando se usan los resultados modales de SAP2000.
• Calcular también el coeficiente de reducción de la carga sísmica con T = 0,2 s queda del lado seguro: si el periodo calculado es mayor que 0,2 s, el coeficiente de reducción resulta menor y la carga sísmica aumenta.

2. Rigidez de paneles proporcional a la capacidad (TBDY 10.2.6.1)

Según la normativa, la carga sísmica se reparte entre los paneles de acero ligero según su capacidad y su posición en planta. Cuando la distribución del cortante se realiza por el método de elementos finitos, el programa hace proporcional a la resistencia a cortante del panel la rigidez en el plano de cada muro de acero ligero: los paneles con revestimiento de OSB, contrachapado o chapa reciben más cortante que los paneles con placa de yeso. La rigidez total de acero ligero de la planta no cambia (el cortante basal y el de planta permanecen iguales).

• ¿Cuándo se aplica? Cuando la selección Distribución de carga a los muros en edificios de madera y de acero ligero (tipo de rigidez de panel) de Ajustes generales del proyecto es “capacidad” (por defecto) y los muros se modelan con elementos de barra. En la distribución clásica del cortante, el cortante ya se reparte según la capacidad. La selección se guarda con el proyecto; los proyectos antiguos que no contienen este dato se abren con “capacidad”.
• Solo cambia la rigidez lateral en el plano; la rigidez axial y la fuera del plano y el reparto de la carga vertical permanecen iguales. En una planta con un solo tipo de revestimiento, el coeficiente es ≈ 1.
• Un panel que no puede participar en el cortante (h/l > 4 o l < 0,30 m) y un panel sin revestimiento en ambas caras en la práctica no reciben cortante; si el cortante del análisis es menor que la milésima parte del cortante de panel de la planta en la misma dirección, el panel no se considera “insuficiente” y el informe dice “ihmal edildi, panel yalnız düşey yük için tasarlandı” (se ha despreciado; el panel se diseñó solo para carga vertical); si supera la milésima parte, se emite un error. Si en una dirección no queda ningún panel con capacidad a cortante, el análisis emite además un error de planta–dirección (véase Diseño de Paneles y Montantes de Acero Ligero, Sección 3.2).
• Los paneles cortos entre puerta y ventana pueden recibir en el análisis un cortante inferior a sus cuotas de capacidad. En las solicitaciones del panel, del montante de borde y del anclaje, el programa eleva el cortante sísmico y el momento de cada panel al menos hasta su cuota de capacidad; el informe dice “kapasite payı tabanıyla ×r büyütüldü” (amplificado ×r con el mínimo de la cuota de capacidad) (lado seguro).
• En el modelo de muro de lámina no se aplica este escalado; para la distribución según la capacidad use el modelo de muro de barras o la distribución clásica del cortante.

3. Cuota sísmica de los paneles con placa de yeso (TBDY 10.2.7.2)

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Según la normativa, los paneles con placa de yeso no pueden satisfacer por sí solos la demanda sísmica. El programa calcula, para cada planta de acero ligero y cada dirección (X/Y), la cuota de la placa de yeso en la resistencia a cortante del panel y la compara con el límite de la Tabla 10.3 de TBDY: 80 % en edificios de 1 planta; en 2 plantas, 80 % en la planta superior y 60 % en la inferior; en 3 plantas, de arriba abajo 80 % / 60 % / 40 %.

• ¿Qué cara se considera de yeso? Si el tipo de revestimiento de la pestaña Panel de acero ligero es “Placa de yeso”, es yeso; si es OSB, Contrachapado o kφ de usuario, no lo es. Si el tipo es “Sin definir”, se considera de yeso la cara con resistencia a cortante vc ≤ 3,4 kN/m. El valor por defecto de los muros nuevos es OSB de 11 mm (vc = 10,2 kN/m); en proyectos antiguos, los paneles de tipo sin definir y con 2,7 kN/m se consideran de placa de yeso. Un panel sin revestimiento en ambas caras no entra en el cálculo de la cuota de placa de yeso.
• Revestimiento mixto: Si las dos caras trabajan conjuntamente (2·menor ≥ mayor), cada cara toma la mitad de la fuerza; si la cara mayor es determinante por sí sola, el yeso no tiene cuota.
• Si se supera el límite: En los avisos del análisis y en la lista de control del proyecto aparece el error “alçı levha payı” (cuota de placa de yeso). Solución: usar OSB, contrachapado o revestimiento de chapa en una parte de los paneles de esa dirección (introduciendo vc y el tipo de revestimiento).

4. Condiciones estructurales del Capítulo 6 y la Tabla 1.2 de HCBTİE

Tras el análisis se verifican en los paneles de acero ligero las siguientes condiciones; los incumplimientos se muestran en los avisos del análisis (con los nombres de los muros correspondientes), en la lista de control del proyecto y en la nota al pie del informe de montantes. El cálculo de capacidad no cambia.

• Separación de montantes ≤ 625 mm (si se supera, el revestimiento no puede considerarse resistente: la capacidad a cortante del panel y kφ no son válidas).
• Montante portante de sección C/Σ, espesor de pared ≥ 0,9 mm (≥ 2 mm si el edificio supera 10,5 m de altura), alma ≥ 70 mm, labio ≥ 9 mm.
• Si altura del montante / profundidad del alma > 50, debe disponerse una fila de arriostramiento a media altura (aviso; no se emite en un panel con arriostramiento definido, véase la Sección 6 de este artículo).
• Panel con h/l > 4 o l < 30 cm: no participa en la capacidad a cortante del panel; 2 ≤ h/l ≤ 4: reducción 2l/h (información).
• En el tipo de edificio de acero ligero, R no puede superar 3 con ductilidad limitada ni 4 con ductilidad alta; D = 2; la altura del edificio no puede superar el límite de 7 / 10,5 / 14 m según la clase de diseño sísmico y el nivel de ductilidad (HCBTİE Tabla 1.2).
• La nota del informe recuerda además que las soleras del panel deben ser U/C con t ≥ 0,8 mm y que las cargas de armarios colgados del muro deben tomarse como mínimo 0,5 kN/m.

5. Anclaje de paneles y uniones (HCBTİE Capítulo 8, TBDY 10.4.1.1)

En la ventana Propiedades del muro, junto a la pestaña Panel de acero ligero, hay una pestaña Anclaje de acero ligero (aparece solo en muros de paneles de acero ligero).

• Anclaje a tracción (de levantamiento, hold-down): Resistencia de diseño del dispositivo y resistencia de la unión varilla de anclaje/hormigón/planta (valores del fabricante o ETA), número de tornillos dispositivo–montante (0 = el programa calcula el número necesario), diámetro del tornillo, espesor de la chapa del dispositivo y resistencia a rotura, resistencia a cortante del vástago del tornillo.
• Anclaje a cortante: Tipo de unión (bulón: cimentación/hormigón; tornillo: forjado de planta), número (0 = a partir de la separación) y separación, diámetro, clase del bulón (4.6–10.9), resistencia del hormigón o del elemento inferior por anclaje, espesor de la solera inferior y, en unión atornillada, espesor del elemento inferior. Si en la pestaña Solera de acero ligero se ha elegido el perfil de la solera inferior, el espesor se toma de ese perfil (véase la Sección 6 de este artículo).

Al final del análisis se calculan, para cada panel, la fuerza de levantamiento por extremo (amplificada con D, con la combinación determinante), los ratios de dispositivo / varilla–hormigón / tornillo / tracción del montante, el cortante por anclaje y los ratios de bulón / aplastamiento / hormigón, y el ratio de cortante del panel (TBDY 10.3.2.1). La resistencia del dispositivo es el valor de diseño del método de diseño seleccionado; las resistencias de varilla de anclaje/hormigón y de cortante del hormigón se introducen como valor de diseño LRFD en ambos métodos. Las insuficiencias se muestran en los avisos del análisis y en la lista de control del proyecto, y las resistencias no introducidas, en un aviso informativo conjunto. En el informe de montantes figuran las filas de solicitación del anclaje a tracción, capacidades a tracción, anclaje a cortante, cortante del panel e hipótesis.

6. Soleras inferior y superior del panel y arriostramientos (TBDY 10.3.1.3, 10.3.1.4, 10.4.1.1(a); HCBTİE Capítulo 6)

En la ventana Propiedades del muro, junto a la pestaña Anclaje de acero ligero, hay una pestaña Solera de acero ligero (visible solo en la edición Ultimate). Un campo que se deja vacío o con 0 se considera no introducido y se utiliza el valor por defecto:

• Perfil de la solera inferior / superior: Se elige del catálogo un perfil U, C o C+. Si no se elige, se toma automáticamente el perfil U más próximo a la altura del alma del montante, con el espesor de pared de la solera indicado en la pestaña de anclaje (si no se ha introducido, con el espesor de pared del montante), y en el informe aparece “otomatik” (automático). Se recomienda elegir el perfil real de la solera: el espesor de pared del perfil elegido se utiliza también en las verificaciones del anclaje a cortante (aplastamiento del bulón, unión de planta de tipo tornillo) y del tornillo forjado–solera superior; entonces no se tiene en cuenta el espesor de la solera inferior indicado en la pestaña de anclaje.
• Solera superior doble: Dos soleras superiores; la resistencia a tracción y a compresión se toma doble.
• Primera unión en el extremo e1 (mm): Distancia del anclaje a cortante más próximo al extremo del panel (en la solera superior, del tornillo del forjado); 0 = a/2.
• Arriostramiento: Número de filas (0–3), espesor de pared del arriostramiento t, ancho del fleje b, diámetro del tornillo d (No.8 = 4,17 mm), número de tornillos por unión, longitud de la orejeta, distancia del tornillo al borde y separación entre tornillos (mm).
• Lado largo del revestimiento: Vertical u horizontal. Con la colocación horizontal se necesita un arriostramiento horizontal que transmita el cortante al interior del panel (TBDY 10.3.1.4).

En la selección múltiple, los campos que difieren entre los muros seleccionados aparecen vacíos (lista sin selección, casilla en gris) y no se modifican al pulsar Aceptar.

En el análisis se verifica lo siguiente:

• Solera inferior: N = v·max(a/2; e1), con v = Vd/L (el cortante amplificado con D de la tabla de anclajes del panel); resistencia a tracción (HCBTİE 4.4, sección neta con el agujero del bulón descontado) y resistencia a compresión (MAE). a se toma del número o de la separación de los anclajes a cortante; si no se ha introducido, del número de anclajes necesario.
• Solera superior: Fuerza axial interna del panel (con la separación de unión del forjado) y, si el muro se encuentra en una línea de diafragma de forjado de acero ligero, la fuerza del colector (la mayor fuerza axial de la línea + la fuerza interna del panel).
• Arriostramiento: Detalles (a)–(f) de HCBTİE 6; fuerza de apoyo F = 0,02·P (en un muro sin revestimiento, acumulada a lo largo de los montantes); tornillo de unión (TBDY 10.3.4) y tracción del fleje (si se ha introducido el ancho; si no, se informa el área necesaria).
• TBDY 10.3.1.3 y 10.3.1.4: La solera debe ser de sección U o C y t ≥ 0,8 mm; con revestimiento horizontal debe haber arriostramiento. Si la altura del alma de la solera difiere en más de 10 mm de la del alma del montante (el montante no encaja en la solera) y si el espesor de pared de la solera es menor que el del montante, se emite información. En un panel con arriostramiento definido no se emite el aviso h/d > 50.

En montantes sin revestimiento, n filas de arriostramiento reducen la longitud de pandeo del eje débil y de torsión a h/(n+1). Los resultados aparecen en las filas ALT / ÜST BAŞLIK y KUŞAK del informe de montantes (solera inferior / superior y arriostramiento). Para las expresiones, véase el artículo Fundamentos Teóricos del Diseño en Acero Ligero.

7. Cimentaciones: fuerzas amplificadas con D (TBDY 10.4.1.2)

En edificios de acero ligero, las cimentaciones se dimensionan con los esfuerzos internos sísmicos amplificados con el factor de sobrerresistencia D (2 en acero ligero). El programa lo aplica en la opción “Elementos finitos - Análisis conjunto de estructura y cimentación”:

• al diseño a flexión, fuerza axial, cortante y torsión de las cimentaciones corridas,
• a la tensión del suelo de la cimentación corrida,
• a la losa de cimentación (platea).

peligro

Si se ha seleccionado “Hipótesis rígida - Análisis clásico”, el cálculo de la cimentación se hace solo con cargas verticales y el análisis da error; en Ajustes generales del proyecto seleccione “Elementos finitos - Análisis conjunto de estructura y cimentación”. En las combinaciones de carga definidas por el usuario, D se aplica solo al cortante y a la torsión y se emite un aviso; utilice las combinaciones del programa. En la lista de control del proyecto aparece la línea informativa “TBDY2018 M.10.4.1.2”.

8. Preguntas frecuentes

En cada planta de acero ligero aparece el error “alçı levha payı” (cuota de placa de yeso). El revestimiento de los paneles se considera placa de yeso. Según TBDY 10.2.7.2, los paneles con placa de yeso no pueden satisfacer por sí solos la demanda sísmica; en cada dirección introduzca en una parte de los paneles revestimiento de OSB, contrachapado o chapa (vc y tipo de revestimiento).

En la solución por elementos finitos ha aumentado el cortante de los paneles de OSB y ha disminuido el de los paneles con placa de yeso. Según TBDY 10.2.6.1, las rigideces de los paneles se hacen proporcionales a la capacidad; el cortante total de planta no cambia. Si el ratio de cortante del panel de OSB es insuficiente, reduzca la separación de los tornillos o refuerce el revestimiento.

La armadura de cimentación o la tensión del suelo del edificio de acero ligero es mayor de lo esperado. Según TBDY 10.4.1.2, los esfuerzos internos de la cimentación se amplifican con D (2); esta amplificación se aplica a la flexión, la fuerza axial, el cortante, la torsión y la tensión del suelo en cimentaciones corridas y plateas.

Recibo el error “TBDY 10.4.1.2 (temel)” (cimentación). El cálculo de la cimentación se hace mediante “Hipótesis rígida - Análisis clásico” y no incluye el sismo. En Ajustes generales del proyecto seleccione “Elementos finitos - Análisis conjunto de estructura y cimentación”.

¿Por qué en un edificio de acero ligero la carga sísmica es independiente del periodo calculado? Según TBDY 10.2.6.1, la aceleración espectral se calcula con T = 0,2 s. El método de cálculo sísmico debe ser el Método de la Carga Sísmica Equivalente; si se selecciona la combinación modal, se emite un aviso.