¿Qué es el cálculo de estructuras de acero ligero?

En los edificios de acero ligero, el sistema resistente se compone de paneles formados por montantes de sección C o Sigma conformados en frío a partir de chapa delgada y por el revestimiento de OSB, contrachapado o placas de yeso. Los paneles resisten las cargas horizontales mediante la resistencia a cortante del revestimiento; los montantes transmiten las cargas verticales y las fuerzas de volcamiento.

En las secciones de paredes delgadas, la resistencia suele estar determinada por el pandeo: el pandeo local del alma y las alas, el pandeo distorsional en el que el ala y el labio giran conjuntamente, y el pandeo global del elemento. HCBTİE calcula estas secciones con el método del ancho efectivo; TBDY 2018 Capítulo 10 define el cálculo sísmico de los edificios de acero ligero, las capacidades a cortante de los paneles y las reglas de anclaje.

StatiCAD reúne ambas normas en un único flujo: se analiza el modelo, se derivan las demandas de paneles y montantes, se realizan las verificaciones de pandeo y de viento, los anclajes y las cimentaciones se diseñan con las reglas de la norma, y los resultados se informan en turco o inglés.

¿Qué hace StatiCAD en estructuras de acero ligero?

La cadena de diseño del edificio de acero ligero, desde el cálculo sísmico hasta la cimentación.

Capacidad a cortante del panel y sismo

  • Capacidad a cortante de paneles revestidos (TBDY Tabla 10.5); OSB, contrachapado, chapa y placa de yeso
  • Carga sísmica por el método de la carga sísmica equivalente, con T = 0,2 s (TBDY 10.2.6.1)
  • En el modelo de elementos finitos, las rigideces de los paneles son proporcionales a su capacidad; la carga sísmica se reparte entre los paneles según sus capacidades
  • Control de la participación sísmica de los paneles con placa de yeso (TBDY 10.2.7.2)

Verificación de montantes (método del ancho efectivo)

  • Resistencia de diseño a partir de las filas de pandeo local, distorsional y flexo-torsional
  • En el pandeo distorsional, método general de HCBTİE 4.10.3.3 u opción de franja finita
  • En los montantes de borde, fuerza de vuelco con el factor de sobrerresistencia (TBDY 10.4.1.1)
  • Inclusión en la resistencia de la restricción rotacional que el revestimiento aporta al montante

Viento y flecha

  • En montantes de muros exteriores, flexión por viento fuera del plano y efecto combinado con la fuerza axial
  • Límite inferior de la carga de viento de HCBTİE y control de la presión del viento según la altura del edificio
  • Flecha de montantes y vigas con la inercia efectiva de la sección en el momento de servicio
  • Límite de flecha seleccionable según el tipo de revestimiento (h/120 – h/360)

Vigas y columnas de acero ligero

  • 527 perfiles de acero ligero predefinidos: C, Z, U, C+, Sigma y Sigma+
  • En vigas: efecto combinado de flexión, cortante, fuerza axial y flexión, y flecha
  • En columnas: compresión, efecto combinado con flexión biaxial, cortante y tracción
  • Verificación de la suficiencia del rigidizador de borde (labio) y de las condiciones de la sección

Anclajes, conexiones y condiciones estructurales

  • Diseño del anclaje de tracción (hold-down) y de los anclajes de cortante en los extremos de los paneles
  • En conexiones con pernos y tornillos, relaciones de cortante, aplastamiento y resistencia del hormigón
  • Condiciones de paneles del Capítulo 6 de HCBTİE: separación de montantes, espesor, dimensiones del alma y del labio
  • Altura del edificio, límites de R y D (HCBTİE Tabla 1.2)

Diseño de la cimentación y método de diseño

  • Diseño de las cimentaciones con fuerzas sísmicas amplificadas por el factor de sobrerresistencia (TBDY 10.4.1.2)
  • Opción de método de diseño LRFD (HCBTİE) y ASD para comparación
  • Adición automática de las combinaciones de cargas verticales de HCBTİE
  • Informes de paneles, montantes, vigas y columnas en turco o inglés

Viguetas de piso de acero ligero

  • División del piso en franjas entre vigas y generación automática de viguetas de piso articuladas en ambos extremos
  • Longitud de arriostramiento lateral distinta para momento positivo y negativo, y Cb a partir del diagrama de momentos (AISI S100 F2.1.1)
  • Flexión y cortante simultáneos, aplastamiento local del alma en el apoyo (TS EN 1993-1-3 6.1.7.2) y necesidad de rigidizador
  • Flecha solo por sobrecarga (L/250) y control de vibraciones (HCBTİE 7.5)

Diafragma de piso (TBDY 10.5)

  • Fuerzas transmitidas a las líneas de muros y cortante unitario del revestimiento
  • Fuerzas de colectores (elementos de transferencia longitudinal) y de cordones
  • Verificación de los tornillos que conectan el piso con el panel del piso inferior
  • Control de la relación de aberturas; en pisos con todas las losas de acero ligero no se realizan las verificaciones de diafragma de hormigón armado

Capturas del programa

Vista 3D de una vivienda de acero ligero de dos pisos en StatiCAD

Vista 3D de una vivienda de acero ligero de ejemplo de dos pisos

Planta baja: paneles de acero ligero, viguetas de piso y franjas

Planta baja: paneles de acero ligero, viguetas de piso y franjas

Propiedades del muro, pestaña Panel de acero ligero: resistencia del revestimiento, perfil del montante y restricción rotacional

Pestaña Panel de acero ligero: resistencia del revestimiento, perfil del montante, separación de montantes y restricción rotacional del revestimiento

Propiedades del muro, pestaña Anclaje de acero ligero: datos de los anclajes de tracción y de cortante

Pestaña Anclaje de acero ligero: datos de los anclajes de tracción (hold-down) y de cortante

Propiedades del encadenado, pestaña Acero ligero: datos de verificación de las viguetas de piso

Datos de verificación de las viguetas de piso de acero ligero (HCBTİE 4.8, 7.4, 7.5)

Ventana de selección de sección de la biblioteca de perfiles conformados en frío

Selección de sección de la biblioteca de perfiles conformados en frío predefinidos

Solución paso a paso con estas imágenes: Ejemplo resuelto – Edificio de acero ligero de dos pisos (Base de conocimientos)

¿Cómo funciona?

  1. Dibuje los muros, seleccione en Propiedades del muro el tipo de diseño “Panel de acero ligero” e introduzca el revestimiento, el perfil del montante, la separación de montantes y el número de montantes de borde.
  2. Marque los paneles de la fachada exterior; defina el método de diseño, la presión del viento y el límite de flecha en Ajustes generales del proyecto.
  3. Divida los pisos en franjas desde la pestaña Acero ligero y genere las viguetas de piso; si es necesario, asigne a vigas y columnas una sección de los perfiles de acero ligero predefinidos e introduzca los datos de los anclajes.
  4. Ejecute el análisis; las verificaciones de paneles, montantes, vigas, columnas, anclajes y cimentación se realizan automáticamente y las insuficiencias aparecen en la lista de advertencias.
  5. Obtenga los informes del grupo Informes de elementos de acero ligero.

Informes

En el grupo Informes de elementos de acero ligero:

  • Diseño de paneles de acero ligero: datos del revestimiento y capacidades a cortante de los paneles
  • Diseño de montantes de acero ligero: demandas de montantes de borde e intermedios, capacidades de pandeo, combinación de viento, flecha, anclaje y filas de cortante del panel
  • Diseño de vigas de acero ligero: flexión, cortante, interacción, flecha, aplastamiento local del alma y vibraciones
  • Diseño de columnas de acero ligero: compresión, efecto combinado, cortante y tracción
  • Combinaciones de carga determinantes e hipótesis de cálculo en cada informe
  • Diafragma de piso de acero ligero: fuerzas de línea, y verificaciones de revestimiento, colector, cordón y conexiones

Documentos de ayuda

Uso paso a paso, ejemplos resueltos, fundamentos teóricos y estudios de verificación en la Base de conocimientos.

Verificación

Las propiedades de las secciones se han comparado con los valores del fabricante para la totalidad de los 527 perfiles predefinidos; las magnitudes de torsión se han verificado con una solución cerrada y con una aplicación independiente.

La cadena de resistencia se ha comparado línea por línea con las ecuaciones de la norma, y la derivación de las demandas (fuerza axial y viento, LRFD y ASD) con el cálculo manual; todo el flujo, desde los ajustes hasta el informe, se ha ejecutado de extremo a extremo en proyectos de ejemplo.

Detalles de los estudios de verificación (Base de conocimientos)

Códigos y normas

TBDY 2018 Capítulo 10 HCBTİE TS 498 AISI S100 y S240 (referencia complementaria) TS EN 1993-1-3 (aplastamiento local del alma)
¿En qué versión? Los cálculos de acero ligero están disponibles en StatiCAD Ultimate.

Preguntas frecuentes

¿Según qué normas se calcula un edificio de acero ligero?

El cálculo sísmico, la capacidad a cortante del panel y las reglas de anclaje y cimentación se calculan según TBDY 2018 Capítulo 10; las resistencias de las secciones de montantes, vigas y columnas, según los Principios para el Diseño de Edificios de Acero Ligero (HCBTİE). La presión del viento se introduce según TS 498.

¿Qué perfiles de acero ligero se pueden utilizar?

Se pueden utilizar los 527 perfiles de acero ligero predefinidos: secciones C, Z, U, C+, Sigma y Sigma+, con alturas de 100–400 mm y espesores de 1,0–4,0 mm. Para los montantes de panel se ofrecen secciones C, C+, Sigma y Sigma+. También puede añadir sus propios perfiles con la misma estructura de tabla.

¿Cómo se calcula el pandeo distorsional?

El pandeo distorsional se calcula con el método general de HCBTİE 4.10.3.3; en las secciones C+ se aplica por defecto y, si se desea, la solución de franja finita puede usarse en todas las secciones. Si se han introducido los datos del revestimiento, también se tiene en cuenta la restricción rotacional que la placa aporta al ala del montante.

¿Cómo se evalúan los paneles con placa de yeso en el cálculo sísmico?

Según TBDY 10.2.7.2, los paneles con placa de yeso no pueden resistir por sí solos la demanda sísmica. El programa calcula, para cada piso y dirección, la participación de la placa de yeso en la resistencia a cortante del panel y la compara con el límite de TBDY Tabla 10.3; si se supera el límite, emite una advertencia.

¿En qué versión de StatiCAD está disponible?

Los cálculos de acero ligero están disponibles en StatiCAD Ultimate. Puede probar el flujo con la versión demo gratuita.

¿Cómo se modela un piso de acero ligero?

Una losa cuadrilátera se convierte en piso de acero ligero desde la pestaña Acero ligero de Propiedades de la losa: al introducir el perfil, la separación máxima entre vigas y la dirección de las vigas, el programa divide la losa en franjas y genera viguetas de piso articuladas en ambos extremos. Las viguetas de piso se verifican según HCBTİE 4.8, 7.4 y 7.5, y el diafragma de piso se controla según TBDY 10.5.

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