Principales cambios en la nueva edición de la especificación AISC 360 – 2016 para construcciones de acero incluye también conexiones, análisis y condiciones de fuego
Materiales:
¿Qué hay de nuevo en la especificación?
Nuevos estándares de HSS y cambios a elementos delgados, resistencia al corte, ángulos, conexiones, el análisis avanzado y el diseño de incendios son solo algunas de las actualizaciones en la especificación AISC 360 – 2016
AISC está programado para lanzar la edición 2016 de la especificación para edificios de acero estructural (ANSI / AISC 360-16) en un futuro próximo
Los cambios de la edición de 2010 reflejan el deseo del Comité de Especificaciones de implementar solo cambios esenciales que reflejen nuevas investigaciones, proporcionen diseños más eficientes o amplíen su alcance. Muchos de estos cambios fueron de naturaleza técnica, aunque también se realizaron ediciones que se enfocaron en mejorar la usabilidad, la transparencia y el contenido editorial.
La siguiente es una breve descripción de los cambios más significativos, algunos de los cuales tienen el potencial de afectar sustancialmente los procedimientos de diseño. Una lista completa de las diferencias entre la especificación AISC de 2010 y 2016.
Estándares de HSS
ASTM A1085 y ASTM A1065 se agregaron a la Especificación de 2016 como estándares aprobados de materiales de sección estructural hueca (HSS). ASTM A1085 es un estándar de materiales recientemente desarrollado que tiene requisitos más estrictos que otros estándares HSS ya aprobados (como ASTM A500), que incluyen una tolerancia de masa y una tolerancia de espesor de pared más estricta. Como resultado de estos requisitos, el espesor de la pared de diseño se puede tomar como el espesor nominal total de la pared.
ASTM A1065 es un estándar de HSS basado en el uso de estándares de materiales de placa de ASTM ya aprobados. Debido a las tolerancias reducidas similares a estas normas de placa existentes, el espesor de pared de diseño para A1065 también se puede tomar como el espesor nominal total de la pared. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la especificación 2016 aún requiere que el grosor del diseño de otros materiales de HSS, incluida la ASTM A500 más común, se tome como 0,93 veces el grosor nominal de la pared.
Además, ASTM A1085 y A1065 especifican una tensión de rendimiento mínima de 50 ksi independientemente de la forma. La información adicional sobre los beneficios y el impacto de A1085 se detalla en el artículo de septiembre de 2013 “Producto hueco, beneficio sólido”.
Elementos delgados en compresión
El método para determinar la resistencia a la compresión de los miembros con elementos delgados se ha revisado en la Especificación de 2016. Desde 1969, la Especificación utilizó un enfoque centrado en un factor de reducción, Q, que modificó la tensión crítica de la columna. Para elementos delgados no rígidos, Q fue dada por ecuaciones que incluían la relación ancho-espesor del elemento y era una constante para una forma particular, independientemente de la carga en la columna; estos valores Q fueron tabulados en el Manual. Para elementos rígidos, Q se basó en la relación de un área efectiva reducida al área bruta del miembro y fue una función de la magnitud de la tensión de la columna.
Si bien la Especificación de 2010 usó un enfoque de área efectiva reducida para elementos rígidos, esta metodología ahora se ha refinado y ampliado para incluir elementos rígidos y no rígidos. Las nuevas disposiciones determinan el área efectiva reducida y utilizan eso junto con la tensión crítica de la columna no modificada para determinar la resistencia a la compresión. Como en el pasado, la clasificación de los miembros como miembros delgados, según se determina en la Tabla B4.1a, se basa en el supuesto de que la tensión de la columna ha alcanzado la tensión de rendimiento, “Fy”. Por lo tanto, los miembros que se consideraron delgados en ediciones anteriores de la Especificación continúan con la misma designación. Sin embargo, debido a que la magnitud de la tensión en la columna influye en el pandeo local de los elementos miembros (para todos, excepto HSS redondos), los miembros que han sido designados como miembros delgados pueden en realidad no experimentar una reducción en la resistencia debido a ese elemento delgado. Para HSS redondo, el área efectiva se basa en la relación diámetro-espesor y el esfuerzo de rendimiento del material.
Los cambios en la determinación de la resistencia a la compresión para miembros con elementos delgados han alterado significativamente la resistencia a la compresión nominal de formas de acero seleccionadas (la diferencia para uno de estos casos se muestra en la Figura 1). Puede encontrar más información sobre el impacto de este cambio y otras formas afectadas en el artículo del tercer trimestre de 2016 de la revista Ingeniería “Notas sobre las disposiciones de AISC 360-16 para elementos de compresión delgados en miembros de compresión”.
Resistencia al corte para miembros y canales en forma de I
El Capítulo G de la Especificación 2016 incluye dos cambios significativos en las disposiciones para miembros y canales en forma de I. Las disposiciones para determinar la resistencia al corte sin tener en cuenta la acción del campo de tensión se han revisado para permitir la inclusión de cierta resistencia posterior al pandeo. Esto lleva a un aumento en la resistencia al corte disponible para ciertas vigas construidas. Además, el coeficiente de pandeo de la placa de la banda se ha aumentado de 5 a 5.34 para reflejar mejor su derivación teórica. Dado que todas las formas en W tienen bandas que serán controladas para el corte por el estado límite de rendimiento, estos cambios no afectarán la resistencia al corte de estos miembros.
Para la acción del campo de tensión, varias de las restricciones encontradas en la Especificación de 2010 se han relajado: los diseñadores pueden ver un aumento en la resistencia al corte para los paneles interiores de las vigas con un espaciado de refuerzo menor o igual a la altura de la banda de la viga en los casos que anteriormente no se podían haber aprovechado de la acción del campo de tensión.
Con el aumento de la resistencia al corte disponible, los requisitos para los refuerzos se han incrementado. Si se va a utilizar el aumento en la resistencia al corte disponible, pueden ser necesarios refuerzos transversales más grandes que los requeridos por la Especificación de 2010.
Ángulos, Doble Ángulos y Tes en Flexión
Las disposiciones para los ángulos dobles y tes en flexión se han reorganizado para que la distinción entre sus disposiciones sea más clara. Además, las disposiciones de pandeo lateral-torsional para vástagos y piernas en tensión se dan por separado de las disposiciones para vástagos y piernas en compresión. Las disposiciones locales de reborde de la brida para las tes se han mantenido sin cambios, pero para los ángulos dobles ahora está claro que la resistencia debe determinarse como la de dos ángulos simples. Vastago de pandeo local de las tes se agregó a la Especificación de 2010 por primera vez y estas disposiciones se han revisado en 2016 para reflejar con mayor precisión la resistencia de este estado límite. Al igual que con el pandeo local de la brida, el pandeo local del vástago de ángulos dobles se debe evaluar como para dos ángulos simples.
La Especificación de 2016 contiene disposiciones revisadas para el estado límite de pandeo lateral-torsional de ángulos únicos que son simplemente una reorganización de las ecuaciones de las ediciones anteriores. La resistencia nominal del momento es una función del momento de pandeo lateral-torsional elástico, anteriormente definido como “Me” y ahora como “Mcr”, que se proporciona para doblar el eje principal mayor de todos los ángulos individuales o el caso especial de doblar el eje geométrico de ángulos de piernas iguales.
Conexiones
Se ha revisado el requisito de longitud de las soldaduras de filete longitudinales cuando se usa solo en las conexiones finales de los miembros de tensión. El requisito de la Sección J2.2b, que la longitud de la soldadura debe ser al menos igual a la distancia entre las soldaduras paralelas, se ha reemplazado por un enfoque revisado para el cálculo del factor de retraso de corte en la Sección D3 para las soldaduras longitudinales en las conexiones finales de los miembros de tensión. Por lo tanto, se permiten soldaduras más cortas, así como soldaduras paralelas de diferente longitud, pero el factor de retraso de corte resultante será pequeño y la resistencia del miembro se reducirá en consecuencia. Además, las limitaciones específicas de la situación para terminaciones de soldadura de filete, cortas o extendidas, se han eliminado y reemplazado con un requisito basado en el rendimiento de que la terminación no da lugar a una muesca sujeta a cargas de tensión aplicadas. La soldadura tampoco debe evitar la deformación requerida para proporcionar condiciones de diseño asumidas.
Dos nuevos estándares de pernos ASTM aprobados originalmente en 2014, que se refieren a los pernos con una resistencia a la tracción mínima de 200 ksi, han sido aprobados para su uso en la Especificación 2016. Estos pernos se han incorporado a la Especificación a través de los pernos de designación Grupo C y cubren material ASTM F3043 y F3111. Hasta la fecha, estos solo están disponibles como productos patentados, pero ASTM alienta a otros productores a proponer alternativas. Otro cambio implementado por ASTM que afecta la Especificación es el desarrollo de un estándar de pernos de resumen, F3125 que incluye los estándares anteriores A325, A490 y similares. Para los pernos del Grupo A de diámetros mayores que 1 pulg., La resistencia a la tracción mínima especificada del tornillo había sido de 105 ksi y ahora es la misma que para los diámetros de pernos más pequeños: 120 ksi. Este aumento da como resultado una mayor resistencia al deslizamiento disponible para los pernos más grandes del Grupo A.
El requisito de conexiones atornilladas pretensadas en estructuras de varios pisos de más de 125 pies para empalmes de columnas y conexiones de vigas y vigas, se ha eliminado, ya que era arbitrario y no podía ser respaldado por ninguna justificación técnica. Además, para los pernos de 1 pulgada y más de diámetro, el diámetro nominal máximo de los orificios de tamaño estándar y el ancho nominal máximo de las ranuras cortas y las ranuras largas se ha incrementado en 1/16 pulg. El aumento en el tamaño de orificio máximo permitido proporciona para una mayor facilidad de montaje cuando las conexiones hacen uso de pernos de gran diámetro.
El Capítulo K en la Especificación se cambió de “Diseño de HSS y conexiones de miembros de caja” a “Requisitos adicionales para HSS y Conexiones de sección de caja” para reflejar un cambio en el enfoque que utiliza los requisitos del Capítulo J cuando se aplica a las conexiones de HSS y solo utiliza el Capítulo K para requisitos específicos relacionados con HSS y conexiones de sección de caja. Esto dio lugar a que las tablas del Capítulo K se revisaran para reflejar una reducción en los tipos de conexiones cubiertas en ese capítulo, y los otros casos se trataron de acuerdo con los enfoques más fundamentales proporcionados en el Capítulo J.
Análisis y condiciones de fuego
El Apéndice 1 permite el uso de métodos de análisis que son más sofisticados que los que se usan normalmente en el diseño. La Sección 1.2 se ha agregado al Apéndice 1 en la Especificación de 2016 para permitir un análisis elástico que incluya el modelado directo del sistema y las imperfecciones de los miembros. La ventaja de este enfoque de análisis está en la determinación de la resistencia a la compresión utilizando solo la resistencia de la sección transversal del miembro sin la necesidad de considerar los efectos de la longitud del miembro.
Para el diseño contra incendios, la versión 2016 del Apéndice 4: Diseño estructural para condiciones de incendio incluye dos adiciones. Se proporciona una nueva tabla que relaciona la temperatura del perno con la resistencia disponible, y se presenta un método simplificado para calcular la resistencia a la flexión nominal de una viga compuesta utilizando la temperatura de la brida inferior. Este nuevo método incorpora el uso de un factor de retención tabulado que depende de la temperatura de la brida inferior y la resistencia a la flexión nominal de la viga compuesta a temperatura ambiente, calculada de acuerdo con las disposiciones del Capítulo I.
Estos son solo algunos de los cambios en la Especificación y no deben considerarse como los únicos que pueden afectar a un proyecto en particular. Se recomienda una revisión completa para que esté familiarizado con la nueva versión cuando se adopten los códigos de construcción que la incorporan. Para obtener información adicional sobre las principales diferencias entre la Especificación de 2010 y 2016, eche un vistazo a la presentación de la Conferencia de Acero de NASCC 2016: “Una descripción general: la Especificación AISC de 2016 para la construcción de acero estructural”.
Este artículo apareció en la sección “Específicamente” de la Revista “Construcción de acero moderno”, bajo el título “¿Qué hay de nuevo en la especificación? Nuevos estándares de HSS” – diciembre de 2016, por Sam Baer, Matthew Troemner