Dudas en modelado Sismico de Etabs

[cristalarc]

Saludos Amigos, tengo unas dudas sobre el programa etabs 2013 y me gustaria ver si me podrian ayudar

1- Cuando se modelan porticos arriostrados concentrica/excentricamente, he leido en foros que se le debe indicar al programa que estos porticos trabajan de esta manera, es esto cierto? yo normalmente simplemente dibujo las diagonales/riostras indicandole solo que son Sway Special al igual que todos los elementos de la estructura. Ademas he leido que si la estructura es dual (sistema de SMF o porticos a momentos en una direccion y sistema de porticos arriostrados o muros de corte en la otra direccion) se le debe indicar al programa tambien esto con una opcion llamada Dual System, la cual no logro conseguir (lei esto en un foro que se basaban en una version vieja de etabs) me gustaria saber si tienen informacion sobre esto.

Por cierto una pregunta teorica sobre porticos arriostrados excentricamente, se podrian modelar como pinned las diagonales a la viga, luego el link o enlace seria continuos con esa conexion viga/riostras y por ultimo las vigas pinned al extremo con las columnas cierto> Este comportamiento asumiendo que la deformacion inelastica se de en el enlace prioritariamente y pandeo de las riostras, las secciones de la viga y columans teoricamente deben mantenerse en rango elastico pero esto significa ue deberia conectar pinned ambos extremos de las secciones de viga o una conexion continuos/a momento seria mas practico por si quedan momentos residuales que la viga podria disipar

2- Como modelarian ustedes las vigas acarteladas (haunched beams) de concreto? en la seccio de nonprismatic da la opcion de modelarlas y al disenarlas como seccion de concreto se calcula un acero longitdunal mas en los reportes de materiales se indica como si la viga fuera de acero A992Fy50 (el predeterminado del programa) lo cual me da a pensar que por lo minimo el peso sismico no debe estar correctamente computado. Antes de preguntar , todas las secciones de la viga non prismatic son seccion vigas de concreto. En una seccion de la pagina de etabs oficial me parece haber leido que las non prismatic se aplica unicamente para hot rolled steel shapes. nexo se encuentra una imagen sobre este detalle de la viga acartelada
Gracias por su atencion y soporte

[PROYECTOR]

Buenas tardes cristalarc,

Trataré de responder a tus preguntas tan clara y brevemente como me sea posible.

1.- "Cuando se modelan porticos arriostrados concentrica/excentricamente, he leido en foros que se le debe indicar al programa que estos porticos trabajan de esta manera, es esto cierto?"

Resp.
Si. El comportamiento y en consecuencia el diseño de pórticos con arriostramientos concéntricos (SCBF, OCBF) es totalmente diferente al de pórticos con arriostramientos excéntricos (EBF). Por ello, debes indicarle al programa de que tipo de pórtico se trata para que verifique los requisitos sismorresistentes adecuados.

"yo normalmente simplemente dibujo las diagonales/riostras indicandole solo que son Sway Special al igual que todos los elementos de la estructura."

Resp.
La opción "Sway Special" en ETABS aplica cuando diseñas estructuras de concreto armado, los pórticos a los que haces referencia son sistemas estructurales de acero. Cuando diseñas en acero estructural y seleccionas la norma AISC 360-05 o la norma AISC 360-10, el programa te permite seleccionar diferentes sistemas estructurales. Pórticos resistentes a momento (OMF, IMF, SMF) y los sistemas de arriostramiento que ya mencioné.

Ademas he leido que si la estructura es dual (sistema de SMF o porticos a momentos en una direccion y sistema de porticos arriostrados o muros de corte en la otra direccion) se le debe indicar al programa tambien esto con una opcion llamada Dual System, la cual no logro conseguir (lei esto en un foro que se basaban en una version vieja de etabs) me gustaria saber si tienen informacion sobre esto.

Resp.

En primer lugar, una estructura con diferentes sistemas estructurales en cada dirección no se clasifica como dual. Sin ofender, me parece que en este caso tienes un error de concepto. Un sistema estructural se considera dual cuando en un mismo pórtico se tiene una combinación de los sistemas estructurales a los que haces referencia y en los cuales los pórticos a momento por si solos son capaces de resistir el 25% o más de las fuerzas sísmicas. En el caso que mencionas, cada dirección de análisis posee un sistema estructural diferente que se deben diseñar por separado aplicando los requisitos normativos de cada caso (cada dirección de análisis posee un factor de reducción de respuesta R, y un factor de sobrerresistente estructural diferente).

Ya para responder a tu pregunta, el programa no incluye sistemas duales. En este caso queda a criterio del ingeniero verificar los requisitos sismorresistentes particulares del sistema dual.

“Por cierto una pregunta teorica sobre porticos arriostrados excentricamente, se podrian modelar como pinned las diagonales a la viga, luego el link o enlace seria continuos con esa conexion viga/riostras y por ultimo las vigas pinned al extremo con las columnas cierto…”

Resp.
La norma AISC 341-10 no especifica explícitamente que la conexión entre el arriostramiento y la viga deba ser a momento o articulada. Sin embargo, si haces esta conexión articulada, la viga fuera del enlace (viga colectora) deberá resistir la totalidad del momento máximo esperado generado en el enlace (link), lo que generalmente es inviable. Lo más recomendable y lo más viable es hacer esta conexión a momento y diseñar el arriostramiento para resistir parte de este momento. Adicionalmente, haciendo esta conexión a momento podrás controlar mejor la rotación del enlace.

“…Este comportamiento asumiendo que la deformacion inelastica se de en el enlace prioritariamente y pandeo de las riostras, las secciones de la viga y columans teoricamente deben mantenerse en rango elastico pero esto significa ue deberia conectar pinned ambos extremos de las secciones de viga o una conexion continuos/a momento seria mas practico por si quedan momentos residuales que la viga podria disipar”

Resp.
En un sistema de arriostramientos excéntricos toda la deformación inelástica se concentra en la viga de enlace (link) y no se desea ni está permitido el pandeo de los arriostramientos. Tanto los arriostramientos, como las vigas colectoras, las columnas y las conexiones (incluidos empalmes y bases de columna) se diseñan para permanecer nominalmente elásticos.

La conexión entre la viga colectora y la columna (que también involucra la cartela) puede ser una conexión simple (pinned) o una conexión a momento (continuos). Según sea el caso la conexión debe cumplir con ciertos requisitos particulares, te recomiendo revisar la sección F3.6b de la norma AISC 341-10. Por otra parte, la conexión entre la viga de enlace y la columna (en caso de existir) debe ser una conexión a momento, te recomiendo revisar la sección F3.6e de la norma AISC 341-10.

Luego responderé a tus otras preguntas.

Saludos,

[cristalarc]

Excelente Respuesta !
Si me he dado cuenta que sway special era solo para concreto pense que era de la misma manera con acero ya que venia de solo disenar edificios de concreto (todos son teoricos obviamente, en estos de acero simplemente busco determinar la ductilidad de los diferentes sistemas de porticos) .

Si me he confundido con dual systems crei entender que lo del 25% se referia a la estructura globalmente y no en una sola direccion muchas gracias por esa aclaracion.

Con respecto a pandeo de riostras asumi incorrectamente que como los porticos concentricos presentaban este comportamiento de pandeo/fliuencia por traccion ciclico las riostras en excentricas podrian incurrir en el mismo comportamineto.

Ahora una vez que encontre en los overwrites los tipos de porticos me surge una duda, en una estructura con sistema SMF en direccion digamos X, y arriostrados en el Y, que elementos deberian ir asignados con que tipo de diseno?. La logica (que ya ha sido demostrado que me falla) me dice que en la direccion X las vigas obviamente seran SMF.
En el Sentido Y de ser Concentricamente Arrio. supongo que las riostras se les asigna SCBF pero no estoy seguro de la viga colectora si es SCBF o SMF o OMF , digo OMF para indicarle al programa que no se le exige ductilidades altas a la viga ya que la creacion de una rotula en el nodo de la conexion concentrica interfiere con el comportamiento pandeo/fluencia a traccion ciclico.

De ser una EBF, supondria que las riostras y enlace serian EBF, y las colectoras igualmente no se si serian EBF, SMF o OMF(OMF por la misma razon explicada para concentricas).
Ahora mi gran duda vendria en las columnas, las columnas que comparten ambos sistemas como se les asignaria ? No estoy seguro ando verificando pero creo haber leido que las columnas deberan cumplir con los requisitos SMF lo cual solucionaria esta duda (basicamente he estado leyendo la FEMA , los AISC Design Manuals y un Manual de Diseno Sismorresistente de Alacero basado en la 341-10 no he tocado la 341-10 explicitamente)

Con respecto al Factor R ser diferentes en las dos direcciones yo supongo que lo correcto seria asignarle un espectro de diseno1 con R tal en la direccion U1, 0.3 U2 y 2/3 U3; y luego otro espectro de diseno2 con su respectivo R para la direccion U2, 0.3U1 y 2/3U3. El detalle esta que en steel design preferences al agisnar la 360-10 me indica un Framing Type, un seismic design category (occupancy realted) y lo que mas me genera duda un valor R. Este valor R que el indica me reduciria el response spectrum que yo le indique a la estructura ? Tenia entendido que a la estructura le debia cargar el espectro de diseno ya reducido con mi factor R empleado.

Una vez mas gracias por su atencion y respuestas.

[PROYECTOR]

Saludos nuevamente Cristalarc,

Como sugerencia, trata de ir haciendo preguntas más breves, así las discusión se hace más fluido y da chance de tratar a profundidad el tema.

"Ahora una vez que encontre en los overwrites los tipos de porticos me surge una duda, en una estructura con sistema SMF en direccion digamos X, y arriostrados en el Y, que elementos deberian ir asignados con que tipo de diseno?. La logica (que ya ha sido demostrado que me falla) me dice que en la direccion X las vigas obviamente seran SMF."

Resp.

Esto te lo responderé con un ejemplo: Supongamos que en dirección Y tienes un pórtico tipo EBF, en este caso debes designar como EBF a todos los elementos que formen parte de este sistema estructural. Es decir, los arriostramientos, vigas y columnas debes designarlos como EBF. Lo mismo haces si es un SCBF o un SMF.

En ETABS, no hace falta que modeles las vigas colectoras y el enlace por separado, puedes modelarla con un solo elemento frame entre columnas. En este caso, el programa entenderá que lo que está entre los arriostramientos es una viga de enlace y la diseñará como tal.

"Ahora mi gran duda vendria en las columnas, las columnas que comparten ambos sistemas como se les asignaria ? No estoy seguro ando verificando pero creo haber leido que las columnas deberan cumplir con los requisitos SMF lo cual solucionaria esta duda (basicamente he estado leyendo la FEMA , los AISC Design Manuals y un Manual de Diseno Sismorresistente de Alacero basado en la 341-10 no he tocado la 341-10 explicitamente)"

Resp.

Este caso es un poco complicado. En rigor, la norma AISC no especifica que hacer un caso como este, sin embargo todo es cuestión de entender el comportamiento estructural de cada sistema. Ya que la columna pertenece a un sistema estructural diferente en cada dirección, dicha columna deberá estar diseña de tal manera que permita a la estructura tener un buen comportamiento en cada dirección. Por esta razón, la columna debe satisfacer los requisitos sismorresistentes de ambos sistemas estructurales. En ETABS, puedes definirla como SMF, diseñarla y luego definirla como SCBF o EBF para verificar que también cumpla los requisitos de estos sistemas. Sin embargo, esta columna la diseñaría a mano para estar seguro de que el diseño que hace el programa es correcto.

Yo particularmente prefiero configurar la estructura de tal manera que cada columna forme parte de un solo sistema estructural, esto me permite hacer todas las conexiones del sistema resistente a sismos por el lado fuerte de la columna. Sin embargo, esto no siempre es posible, especialmente cuando la estructura tiene pocas columnas.

Con respecto al Factor R ser diferentes en las dos direcciones yo supongo que lo correcto seria asignarle un espectro de diseno1 con R tal en la direccion U1, 0.3 U2 y 2/3 U3; y luego otro espectro de diseno2 con su respectivo R para la direccion U2, 0.3U1 y 2/3U3. El detalle esta que en steel design preferences al agisnar la 360-10 me indica un Framing Type, un seismic design category (occupancy realted) y lo que mas me genera duda un valor R. Este valor R que el indica me reduciria el response spectrum que yo le indique a la estructura ? Tenia entendido que a la estructura le debia cargar el espectro de diseno ya reducido con mi factor R empleado.

Resp.

Es correcto, debes ingresar el espectro de diseño, es decir, reducido con R.

En las preferencias de diseño no debes preocuparte mucho por estos parámetros, el factor R que ingresas aquí no te modificará el espectro que ingresaste, este factor solamente lo utiliza el programa cuando verifica la rotación plástica del enlace en pórticos tipo EBF. Cuando tengas un EBF siempre define framing type como EBF y especifica los parámetros correspondientes a este sistema estructural, el resto lo designas con overwrites.

Un parámetro que si es importante es el factor de sobrerresistencia estructual Ωo, el cual debes asignar a cada pórtico con overwrites.

Te recomiendo que antes de usar el programa leas la norma y algún libro que tenga teoría sobre el diseño sismorresistente de estructuras de acero, un muy buen libro es "Ductile Design of steel Structures" de Michel Bruneau, Chia-Ming Uang y Rafael Sabelli. El manual de Alacero que comentas también es una buena referencia para tener una noción básica del tema.

Saludos

[cristalarc]

Excelente contenido el del Bruneau ya veo por que esta citado en muchos de los textos que he leido. Gracias por los detalles de diseno en el etabs que aportastes en esta respuesta y la respuesta que brindaste con mi cuenta "talaverajuancarlos".

La duda que me queda todavia es si realizar la asignacion de dos espectros de disenos uno para cada direccion seria buena practica o por lo contrario seria como algunos dicen "sobre cargar el modelo" y seria mas optimo realizar dos modelos distintos para cada direccion? Yo siempre he sido creyente de que un programa de esta envergadura debe ser capaz de analizar un modelo con todo bien definido pero todos los tutores en persona que he visto no aconsejan cargar mucho los modelos con detalles.

Y bueno queda la duda de como modelar las vigas acarteladas de concreto por que realize un calculo a mano de un portico sencillo(dos columnas una viga) y las reacciones en la base con la viga acartelada eran menores por 100kgf, es decir que tomo el peso de todo el sistema 200kgf menor al calculo a mano.
Si no mal recuerdo el modelo era dos columnas 50x50 tres metros de alto y una viga que empieza como seccion 40x60, longitud de cartela 1.2 metros en ambox extremos terminando en seccion 40x30 longitud total de la viga 5 metros. El peso total del sistema eran como unos 6000 kgf , faltaria relizar un chequeo de la rigidez del sistema.

[PROYECTOR]

No creo que definir un espectro para cada dirección de análisis sea "sobre cargar el modelo", es así como se debe hacer en el programa. Realizar un modelo distinto para cada dirección no es correcto ya que el movimiento sísmico no ocurre en una dirección y luego en la otra, sino que puede ocurrir en cualquier dirección (por ejemplo en dirección diagonal al edificio), es por ello que las normas exigen considerar la simultaneidad de las acciones sísmicas en ambas direcciones de análisis. Para esto hay varios métodos y uno de los más recomendables es el método SRSS ya que se obtienen resultados que son independientes del sistema de coordenadas de la estructura, el método del 100 - 30 aún se utiliza bastante en el país pero muchos especialistas ya no recomiendan su uso salvo para edificios muy regulares.

En ETABS puedes definir un caso de carga tipo "response spectrum" único en el que asignas un espectro para cada dirección (U1 y U2), y al seleccionar el método de combinación direccional deseado (por ejemplo SRSS), el programa se encargará de analizar la estructura para cada dirección y realizar dicha combinación direccional.

Con relación a las vigas con cartelas, la secciones no prismáticas aplican tanto para vigas de acero como de concreto armado. Verifica que estás definiendo las secciones y los materiales correctamente.

Saludos,

[cristalarc]

Saludos Amigos,

He logrado encontrar un post donde mencionaban el mismo detalle de las vigas acrteladas, aparentemente si las calcula bien solo tiene un error en el reporte de materiales el programa.
Se me han presentado unas ultimas dudad en el modelo de sistemas arriostrados:
1- En el programa se debera asignar arriostramientos como por ejemplo los rigidizadores que se colocan en las vigas en la seccion del enlace? O el programa de alguna manera los asume o no varia sus calculos ? por que en la parte de design he logrado ver una funcion "lateral bracing" mas no he encontraod informaicon exacta de que hace.

2-Se podria colocar las correas como OMF ? Me han sugerido que las cargas las coloque en las correas y que estas distribuyan en vez de asignar una membrana con peso equivalente de cargas muertas + peso de correas.

3- COmo puedo determinar en un sistema ( SCBF o EBF + SMF) el SMF esta resistencio el 25% de las acciones laterales? He visto que con muros de corte revisan cortantes en columnas y muros y asi se determina pero, si lo arriostramientos estan conectados a las columnas que se podria hacer determinar el corte de la riostra y el de la columna y compararlos en vez de revisar el corte en la columna?
Gracias por su atencion y tiempo

[PROYECTOR]

1- Una cosa son arriostramientos y otra los rigidizadores que se colocan en el alma de la viga de enlace. Estos últimos (los rigidizadores) no los calcula el programa y no afecta los cálculos, pero se deben calcular y detallar manualmente una vez que ya se han diseñado las vigas, columnas y arriostramientos.

Por otra parte, el enlace se debe arriostrar lateral en ambos extremos. Esto lo puedes indicar en el programa de dos maneras, (1) modelando el elemento de arriostramiento y (2) usando la opción "lateral bracing". Con cualquiera de estas opciones el programa diseñará el enlace y la viga colectora considerando que están arriostrados en el punto especificado, pero el programa no diseñará el elemento de arriostramiento. Este último debe ser diseñado para tener suficiente resistencia y rigidez según el apéndice 8 del AISC 360-10 y los requisitos particulares de la norma AISC 341-10.

2- En ETABS puedes modelar tanto las correas como la losa, para la cual puedes definir una sección tipo Steel deck. De esta manera, al asignar las cargas a la losa, estas se repartirán automáticamente sobre las correas.

Cuando modelas una losa tipo Steel deck sobre elementos frame horizontales que tienen ambos extremos articulados (caso común de las correas de piso) ETABS asume que dichas correas trabajarán en sección compuesta con la losa y las diseñará como tal. Si no deseas diseñarlas como sección compuesta debes seleccionarlas e ir al menú Design >> Overwrite Frame Design Procedure... -----> Steel frame design ------> ok. Finalmente puedes definirlas como OMF para que el programa no verifique ningún requisito sismorresistente en ellas.

3- Debes sumar el cortante en las columnas y la componente horizontal de la fuerza axial de los arriostramientos en la base.

Saludos,

[cristalarc]

Muchas gracias por la info he logrado dar con lo de los sietmas duales! Gracia spor la aclaracion con "arriostramientos" como en ingles se refieron a estos rigidizadores como "bracing"(claro refiriendose a la accion de arriostrar) supuse que seria correcto llamarlo asi.

Me surgio una duda teorica, en la AISC 341-10 secciones D 1.3 e I2.1 hablan de los elementos u objetos que no se pueden conectar en las zonas protegidas de los porticos especiales, pero me parece que no son explicitos o no prohiben una conexion digamos de una correa en esta area.
Si mal no me equivoco, el problema se presenta en descontinuar la distribucion de las fuerzas axiales las cuales viajan por las alas (si mal no me equivoco las unicas considerables que viajan por el alma son de torsion) por lo que una conexion a corte de una correa al alma no influiria en el desempeno inelastico de la viga. En conclsion mi pregunta es, una conexion de una correa en zona protegida esta prohibido? Y mi otra pregunta seria , ETABS en sus parametros de chequeo por norma te indiciaria que estas irrumpiendo con una zona protegida de darse el caso?
Supongo que esto lo podria chequear disenando una losa deck y revisando si el detallado le coloca studs a la zona protegida pero bueno si ya poseen info en esto lo agradeceria.

[PROYECTOR]

Muchas gracias por la info he logrado dar con lo de los sietmas duales! Gracia spor la aclaracion con "arriostramientos" como en ingles se refieron a estos rigidizadores como "bracing"(claro refiriendose a la accion de arriostrar) supuse que seria correcto llamarlo asi.

Me surgio una duda teorica, en la AISC 341-10 secciones D 1.3 e I2.1 hablan de los elementos u objetos que no se pueden conectar en las zonas protegidas de los porticos especiales, pero me parece que no son explicitos o no prohiben una conexion digamos de una correa en esta area.
Si mal no me equivoco, el problema se presenta en descontinuar la distribucion de las fuerzas axiales las cuales viajan por las alas (si mal no me equivoco las unicas considerables que viajan por el alma son de torsion) por lo que una conexion a corte de una correa al alma no influiria en el desempeno inelastico de la viga. En conclsion mi pregunta es, una conexion de una correa en zona protegida esta prohibido? Y mi otra pregunta seria , ETABS en sus parametros de chequeo por norma te indiciaria que estas irrumpiendo con una zona protegida de darse el caso?
Supongo que esto lo podria chequear disenando una losa deck y revisando si el detallado le coloca studs a la zona protegida pero bueno si ya poseen info en esto lo agradeceria.

Los sistemas sismorresistentes de acero se diseñan para que la mayor parte de la respuesta inelástica se concentre en zonas específicas de la estructura. Debido a que en estas zonas se esperan deformaciones inelásticas importantes, cualquier discontinuidad en el material del elemento en la zona de articulación plástica puede derivar en puntos donde se inicie la rotura, reduciendo la ductilidad y capacidad de disipación de energía del elemento. Con la intención de prevenir este efecto, la norma AISC 341 especifica que estas zonas se deben proteger de tener cualquier tipo de discontinuidad en la mayor medida posible.

Si bien la prohibición de conectar a corte una correa en la zona protegida no se menciona explícitamente en D1.3 e I2.1 de la norma AISC 341, dicha conexión requiere soldar, perforar o taladrar en el alma de la viga, lo que genera una discontinuidad importante en el material. Por esta razón no está permitido conectar una correa en la zona protegida de la viga. Esto nada tiene que ver con que las tensiones sean axiales, cortantes, etc.

Etabs no verifica si estás irrumpiendo en una zona protegida, es algo más de detallado y de buena práctica constructiva que de diseño. Por otra parte, en el diseño de una viga en sección compuesta el programa no verifica ningún requisito sismorresistente, de hecho, el diseño de estas vigas lo hace para cargas gravitacionales únicamente por lo que no va a verificar si hay conectores de corte en zonas protegidas.

Saludos,

[cristalarc]

"dicha conexión requiere soldar, perforar o taladrar en el alma de la viga, lo que genera una discontinuidad importante en el material." Aqui esta la importancia de saber que significa exactamente fisicamente la union de dos punticos o lineas en tu pantalla de la computadora