Diseño de miembros compuestos según AS2327: 2017

En este artículo, lo guiaremos a través de varios aspectos de nuestro módulo de diseño compuesto antes del lanzamiento de nuestro nuevo software de diseño compuesto – una solución integral para el análisis y diseño de columnas compuestas y sistemas de piso.

El módulo tiene la capacidad de realizar cálculos de diseño para columnas compuestas, vigas, y losa según AS2327:2017. El módulo se puede utilizar como una aplicación independiente o como una plataforma integrada después de realizar el análisis en SkyCiv Estructural 3D .

Características del Módulo:

• diseño de columnas, vigas y losas bajo CUBIERTA SIMPLE según Resistencia (ULS) & Criterios de servicio (SLS)
• Se pueden manejar y diseñar varias vigas y columnas en una sola ejecución
• El diseño admite varios tipos de vigas y columnas disponibles
• La relación entre el Momento de resistencia de una viga y el grado de conexión a cortante se puede evaluar gráficamente en el caso de vigas mixtas para el grado total y parcial de conexión a cortante.
• Gráficos de interacción presentados en el caso de columnas como parte de los cálculos de capacidad de Momento
• Facilidad para incluir o excluir la contribución de la losa en los cálculos de momento y capacidad a cortante en la etapa inicial y mixta
• Varias orientaciones de perfiles de cubierta que van desde 0 a 90 se puede probar según los fabricantes de cubiertas’ especificaciones
• Los usuarios también pueden verificar el impacto en la capacidad de Momento introduciendo varias posiciones de colocación en términos de empotramiento de bridas en una losa de hormigón..
• Verificaciones de capacidad de servicio para condiciones de carga a corto y largo plazo que incluyen la fluencia y la contracción
• El tiempo de fluencia puede ser según la entrada del usuario y puede evaluar los cálculos de deflexión se puede llegar a varias vidas útiles del miembro
• Comprobaciones de cortante longitudinal y transversal para columnas y vigas
• Comprobaciones combinadas de interacción de momento y cortante para columnas y vigas
• Cubrió la base de datos de tubos de acero australianos y perfiles en forma
• Varias condiciones ambientales a saber. árido, interior

Columnas Compuestas:

Las columnas compuestas son columnas de acero cuya resistencia se ha mejorado recubriéndolas/rellenándolas con hormigón armado.. Tienen una resistencia sísmica probada sobre las columnas ordinarias..

El módulo cubre 3 tipos de diseño de columna compuesta a saber. encerrado, Tubo hueco cuadrado/rectangular relleno de hormigón y tubo hueco circular relleno de hormigón

Tipo 1: Yo formo Encerrado en hormigón

 

Tipo 2:Tubo relleno de hormigón hueco cuadrado (SHCFT)

 

Tipo-3:Tubo relleno de hormigón hueco circular (CHCFT)

• Las columnas de tubos de acero rellenos de hormigón evitan eficazmente el pandeo local hacia adentro del tubo de acero, lo que da como resultado una mayor resistencia al pandeo local que las columnas tubulares de acero huecas más altas.. La presión lateral en los tubos de acero induce un efecto de confinamiento en el hormigón., mejorando así la resistencia y la ductilidad.
• Factor de contribución del acero (cl. 4.1.1.5)se evalúa como lo primero con lo que se puede determinar si la columna con las entradas dadas va a actuar como un compuesto o solo de hormigón o solo de acero.
• El programa diseñará automáticamente la columna como una columna compuesta cuando el factor de contribución del acero esté en el rango de 0.2 a 0.9.
• Comprobaciones de resistencia máxima de diseño compuestas por lo siguiente:
  • Capacidad de carga axial-Resistencia de la sección (cl. 4.1.2)
  • Capacidad de carga axial-Resistencia del miembro (cl. 4.1.3)
  • Controlar y ajustar entradas para factores K (cl. 4.1.2.4)
  • Flexión combinada axial más uniaxial (cl. 4.2.2)
  • Flexión axial más biaxial combinada (cl. 4.2.3)
  • Comprobación de cortante longitudinal (cl. 4.1.2) & EN1994-1-1:2004
  • Comprobación de cortante transversal (cl. 4.1.2)
• El efecto del pandeo local se comprueba según Cl. 4.1.1.6 para SHCFT & RHCFT
• Las disposiciones detalladas se atienden mostrando los cálculos de refuerzo mínimo., el espacio mínimo requerido, y diámetro de barra para refuerzo longitudinal y de cortante según Cl.4.3
• Los cálculos de capacidad de momento están disponibles para el primer orden, así como el análisis elástico lineal de segundo orden.. El cálculo detallado paso a paso y el diagrama de interacción para el análisis de segundo orden según Cl. 4.5 se puede obtener como salida.
• Imperfecciones de miembros, rigidez efectiva a la flexión (EI)_efecto,II, reducción en la capacidad de momento debido a efectos de esbeltez/pandeo, etc.. se consideran bajo análisis de segundo orden.

Diagrama de interacción típico para columna

• El programa evalúa la capacidad de momento tanto para el eje mayor como para el menor de la columna y los resultados se presentan en forma de gráfico de interacción..
• La imagen de arriba muestra la curva de interacción para columnas compuestas sujetas a fuerza axial y flexión combinadas.. Para simplificar, la curva se reemplaza por un diagrama poligonal definido usando ciertos puntos críticos. Estas CUATRO los puntos críticos en el gráfico de interacción se definen y explican a continuación.
  • Punto A: Solo fuerza axial N_A = norte_US
  • Punto B: Momento flector solamente =M_pl
  • Punto C:norte_c = un_cF_{discos compactos}, M_c = METRO_pl
  • Punto D: norte_re = 0.5N_C, M_re = METRO_max
• El siguiente es el resultado de muestra para un diagrama de interacción que muestra las curvas tanto para la capacidad de la sección como para la capacidad del miembro para la sección de la columna de prueba basada en el Cl.4.2

Diagrama de interacción para Columna obtenido usando el módulo Diseño Compuesto

Vigas compuestas:

Las vigas mixtas son perfiles laminados en caliente que actúan de forma mixta con la losa. La interacción compuesta se logra mediante la unión de conectores de corte soldados al ala superior de la viga de acero.. Los conectores de cortante proporcionan la conexión de cortante longitudinal entre la losa de hormigón y la viga..

Las cubiertas del módulo de diseño compuesto SkyCiv 2 tipos básicos de vigas a saber. con plataforma de metal y sin plataforma de metal:

Viga con losa maciza (sin cubierta metalica)

Viga con cubierta metálica

Los usuarios también pueden elegir los distintos tipos de perfiles de cubierta, a saber. comedero abierto, Bandeja Reentrante y Recortada según requerimiento. Vea abajo:

Viga con tablero metálico tipo canal abierto

Viga con tablero metálico tipo pan recortado

Viga con tablero metálico tipo reentrante

Los usuarios pueden proporcionar cualquier orientación deseada para el perfil de la cubierta, es decir. el ángulo formado por las nervaduras del tablero con la luz de la viga como se indica a continuación. Es una consideración importante para el diseño de vigas compuestas como el ángulo de orientación (θ) dicta la contribución del hormigón en el área sombreada para la estimación de la profundidad efectiva de la losa. Por último, los cálculos del momento de resistencia se rigen por el ángulo de orientación de la cubierta. Cuando el ángulo de orientación está en el rango de 0<θ<15, la El momento de resistencia se calcula en función del espesor total del hormigón, es decir. el hormigón en la parte de la nervadura se considera en el cálculo. Cuando el ángulo de orientación está en el rango de 15<θ<90, el hormigón en la parte de la nervadura (área sombreada como se muestra en la imagen de abajo) se ignora en los cálculos.

Ángulo de orientación de la cubierta θ

• Se comprueba la esbeltez de la viga de acero. El programa puede proporcionar los cálculos de diseño compuesto para secciones de acero COMPACTAS y NO COMPACTAS.. Así, la reducción de los 'no compactos’ los elementos serán considerados automáticamente por el programa después de la clasificación de la sección.
• Se admiten dos tipos de conectores de corte en el módulo, a saber. espárragos con cabeza y pernos estructurales
• Se da la opción al usuario de incluir/excluir la resistencia a cortante que ofrece la losa junto con la viga.
• La contribución de la losa para una verificación de capacidad de corte es opcional y se considera en función de la elección especificada por el usuario.
• Máxima fuerza de diseño (ULS) cheques compuestos por los siguientes:
  • Clasificación de la sección (Plástico/Compacto/Esbelto): Cl.3.4.3
  • Capacidad de momento de diseño para conexión a cortante total y parcial: cl. 3.5.4
  • Capacidad de corte vertical de la losa, Viga de acero: cl. 3.5.5
  • Capacidad de corte longitudinal: cl. 3.6.3
  • Diseño de Conectores de Cortante: cl. 3.6 & cl. 3.5.8
  • Disposiciones detalladas para conectores de corte: cl. 3.6.4
  • Comprobación de interacción combinada para Momento y Corte: cl. 3.5.6
• Diseño de servicio (SLS) cheques compuestos por los siguientes:
  • Cálculo de la deformación por contracción en el concreto para una condición ambiental dada y para una edad de concreto especificada por el usuario que va desde 1 año a 30 años: Cl.3.1.7, AS3600-2018
  • deflexión a corto plazo de la viga de acero solamente (Etapa de construcción): cl. 3.10.3
  • deflexión a corto plazo de una viga compuesta bajo carga a corto plazo para secciones fisuradas y no fisuradas: cl. 3.10.3
  • deflexión debido a la fluencia: cl. 3.10.3.3
  • deflexión a largo plazo debido a la contracción: cl. 3.10.3.4
• La salida de este programa proporciona interacción de la capacidad Moment (señor) de una viga con varios grados de conexiones a cortante (si) en un formato similar al prescrito en AS2327-Fig-3.5.4.3(B)

Relación típica entre el momento de resistencia y el grado de conexión a cortante

Momento de Resistencia Vs Grado de Corte Conexión obtenida del Módulo

El módulo puede evaluar las distintas posiciones del Eje Neutro Plástico y, en última instancia, el momento de resistencia para un caso en el que el ala superior esté parcialmente incrustada en una losa de hormigón.. Este es a veces el escenario práctico de construcción que hemos capturado y, por lo tanto, los parámetros detallados del bloque de tensión requeridos para estimar Mrd se pueden obtener en la salida del programa.. Vea la siguiente instantánea para los detalles.

a) Un escenario cuando el ala de la viga está incrustada en el hormigón b) Componentes considerados para los cálculos de bloques de tensión

Los cálculos de capacidad de servicio están disponibles para el sección agrietada o sección no agrietada según los requisitos del usuario.

losas mixtas:

Concreto vaciado en el lugar, malla de refuerzo, y la chapa perfilada son los componentes principales que forman una losa mixta.

El diseño de una losa mixta implica evaluar la capacidad de cada uno de estos componentes y verificar su viabilidad mediante el cálculo de su utilización bajo un conjunto dado de carga.

Actualmente, el programa calcula la flexión positiva en el caso del diseño de losas. Dos casos con respecto al Eje Neutro Plástico (PNA) están cubiertos bajo esta categoría a saber. PNA. se encuentra en la losa sobre el revestimiento & PNA. se encuentra en la zona de láminas/nervaduras. El momento de resistencia se calcula en base a la posición de P.N.A como se indica en los siguientes croquis.

Caso 1: Plástico NA. se encuentra en la losa por encima de la lámina

Caso-2: Plástico NA. se encuentra en la sábana

• Máxima fuerza de diseño (ULS) cheques compuestos por los siguientes:
  • Espesor mínimo de losa: Cl.2.2.1
  • Cálculo de capacidad de momento: Cl.2.7.2
  • Capacidad de corte vertical: cl. 2.7.4
• Diseño de servicio (SLS) cheques compuestos por los siguientes:
  • deflexión a corto plazo de losa mixta para sección fisurada y no fisurada: cl. 2.8.3.2
  • deflexión debido a la fluencia: cl. 2.8.3.3
  • deflexión a largo plazo debido a la contracción: cl. 2.8.3.4

Bien, ha sido un gran viaje para mi. Hasta ahora, Tuve la experiencia de diseñar cada elemento individualmente.. Pero, tenerlo todo bajo UN MISMO techo es una experiencia gratificante. Espero, también te sentirás de la misma manera…

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