DISEÑO DE PERFILES HSS RECTANGULARES. AISC 360 10

ELABORADO POR: ING. RUBÉN J. GONZÁLEZ P. Pag. 1 de 25
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO
DE ELEMENTOS SOMETIDOS A
FLEXIÓN, COMPRESION Y
FLEXOCOMPRESION, DE PERFILES
HSS CUADRADOS Y RECTANGULARES
APLICANDO LA NORMA AISC 360-10- METODO DE LOS
ESTADOS LIMITES. LRFD
Ing. Rubén J. González P.
Email: rubengonzaleziutet@gmail.com
+51 980072097
23/11/2021

CONTENIDO
1 DATOS GENERALES DE LA NAVE INDUSTRIAL ......................................................................................... 3
2 NORMAS UTILIZADAS............................................................................................................................. 3
3 MÉTODOS DE DISEÑO PROPUESTOS POR EL AISC................................................................................... 4
3.1 COMBINACIONES DE CARGA SEGÚN EL MÉTODO LRFD .........................................................................................5
4 DISEÑO DE ELEMENTOS SOMETIDOS A FLEXIÓN .................................................................................... 7
4.1 DISEÑO DE CORREAS......................................................................................................................................7
4.2 ANÁLISIS DE CARGA: ......................................................................................................................................8
4.3 CLASIFICACIÓN DEL ELEMENTO: .......................................................................................................................9
4.3.1 Pandeo local alas: .........................................................................................................................9
4.3.2 Pandeo local alma:......................................................................................................................10
4.4 PARÁMETROS DE DISEÑO:.............................................................................................................................10
4.5 DISEÑO POR FLEXIÓN ASIMÉTRICA O BIAXIAL.....................................................................................................10
4.6 DISEÑO POR DEFLEXIÓN: ..............................................................................................................................12
4.7 RESISTENCIA NOMINAL AL CORTE:..................................................................................................................12
5 DISEÑO DEL RETICULADO- MÉTODO DE LOS ESTADOS LIMITES- LRFD.................................................. 14
5.1 CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS.................................................................................................................15
5.1.1 Pandeo local alas: .......................................................................................................................15
6 DISEÑO DE ELEMENTOS SOLICITADOS A ESFUERZOS AXIALES............................................................. 16
6.1 DISEÑO DE MIEMBROS A TRACCIÓN. ..............................................................................................................16
6.1.1 Tracción de cedencia sobre el área total. ...................................................................................16
6.1.2 Tracción de rotura sobre el área neta.........................................................................................17
6.2 DISEÑO DE MIEMBROS A COMPRESIÓN ............................................................................................................18
6.2.1 Pandeo Inelástico........................................................................................................................19
6.2.2 Pandeo Elástico...........................................................................................................................19
7 DISEÑO DE MIEMBROS SOLICITADOS A ESFUERZOS COMBINADOS(COLUMNAS). ............................... 20
7.1 DISEÑO POR FLEXIÓN...................................................................................................................................21
7.2 DISEÑO A COMPRESIÓN ...............................................................................................................................21
7.2.1 Clasificación de los Elementos. ...................................................................................................21
7.2.2 Pandeo local alas: .......................................................................................................................21
7.3 CHEQUEO DE FORMULA ...............................................................................................................................23

1 DATOS GENERALES DE LA NAVE INDUSTRIAL
L= Longitud total de la nave L= 25,00 m
l = Ancho de la nave l= 12,00 m
C= Distancia entre tijerales C= 5,00 m
H= Altura de las columnas H= 5,00 m
Ht= Altura del tijeral Ht=2.00 m
2 NORMAS UTILIZADAS
AISC 360-10
NORMA TECNICA DEL PERU E 020 (CARGAS)
NORMA TECNICA DEL PERU E 090 (ESTRUCTURAS METALICAS)

3 MÉTODOS DE DISEÑO PROPUESTOS POR EL AISC
Dentro del AISC se presentan los dos métodos aceptados para el diseño de
elementos en acero estructural y sus conexiones. Estos son el Diseño por
Esfuerzos Permisibles (ASD: Allowable Strength Design) y el Diseño por
Factores de Carga y Resistencia (LRFD: Load and Resistance Factor
Design).
Cabe mencionar que, el término estado límite se utiliza para referir a una
condición dentro de la estructura o de algún elemento de la misma que no
sea capaz de cumplir con su función. El método LRFD adopta dichos
estados definidos como estados límites de resistencia y de servicio. El
estado límite de resistencia se define como la capacidad de soportar la
carga, incluso en situaciones de extrema fluencia, a fractura, por pandeo o
incluso por fatiga. Por en cambio, el estado límite por servicio va más por
el comportamiento del elemento ya sea la deflexión, el agrietamiento, el
deslizamiento o el deterioro al paso de los años. Con el paso del tiempo el
ingeniero estructural se dio cuenta que los elementos de una estructura no
solo trabajan soportando las cargas que se le presenten. Sino que están
sujetos a una serie de combinaciones de carga, o incluso una amplificación
del mismo. Para ello, se estableció una relación entre la resistencia y la
carga producida a manera de reducir la probabilidad de falla, ya sea por
consecuencia de la poca resistencia o por la falta de servicio.
El acero estructural se diseña con el objetivo de evitar una posible falla o
colapso de la estructura. Para ello es necesario entender cómo controlar
los esfuerzos que se generan a los elementos estructurales, ya sea por
tensión, compresión, flexión, entre otros. A partir de este punto solo se
detallarán las ecuaciones que validan el diseño de miembros con el método
LRFD, siendo las que se utilizarán para el diseño de la nave industrial.
El diseño de la estructura y sus miembros o componentes estructurales

deben cumplir básicamente con dos estados límites; el estado limite de
agotamiento resistente y el estado limite de servicio, que define los
requisitos funcionales.
El diseño para el estado limite de agotamiento resistente verifica que la
resistencia minorada (Capacidad) de cada componente estructural sea
igual o mayor que las solicitaciones mayoradas (Demanda) establecidas.
Se fundamenta en los principio de la norma AISC-LRFD, adoptando
factores de mayoración de solicitaciones (ϒi) y factores de minoración de
la resistencia teórica (φi), para garantizar un diseño racional, confiable y
económico.
De manera complementaria, es posible hacer la verificación de la relación
demanda-capacidad siguiendo los principios del método de tensiones
admisibles (ASD).
El diseño para el estado limite de servicio esta relacionado con la
conservación, durabilidad y funcionamiento bajo condiciones normales de
servicio y el control de los daños durante el uso normal diario, donde se
supone un comportamiento esencialmente elástico e implica el control de
las flechas, deformaciones, vibraciones excesivas, fatiga, efectos de los
cambios de temperatura, protección contra incendios, corrosión, etc.
3.1 Combinaciones de carga según el método LRFD
Para el método LRFD lo que se busca es que los grupos de cargas de
servicio sean multiplicados por un factor de carga, que por lo general es
mayor a 1.0, denominándose carga factorizada. Se busca encontrar la
envolvente de estos valores mayorados ya sea en el cálculo para los
momentos, cortantes, fuerzas axiales entre otras; los cuales no deben
superar a la resistencia nominal del elemento multiplicado por su factor de
reducción ( ). La ecuación que rige para este método viene a ser el

siguiente :
Las combinaciones de carga que se aplican para el método LRFD se
realizan considerando la condición más desfavorable en el elemento, ya
sea por efecto del viento o por nieve. Las combinaciones a considerar son:
1. U = 1.4D
2. U = 1.2D + 1.6L + 0.5(L o S o R)
3. U = 1.2D + 1.6(L o S o R) + (L* o 0.5W)
4. U = 1.2D + 1.0W + L* + 0.5(L o S o R)
5. U = 1.2D + 1.0E + L* + 0.2S
6. U = 0.9D + 1.0W
7. U = 0.9D + 1.0E
(*) Se considera que las ecuaciones (3.), (4.) y (5.) deberán considerar
como uno (1) la carga viva (L) para pisos con propósito de reunión
pública, cargas vivas que sobrepasen los 100 kg/m2 y para cargas
destinadas a estacionamientos. Para cualquier otra situación se reducirá a
la mitad (0.5).
U = carga factorizada o de diseño
D = carga muerta
L = carga viva según su función
Lr = carga viva de techo
S = carga de nieve
R = carga nominal debido a la precipitación pluvial o hielo
W = carga de viento
E = carga de sismo

4 DISEÑO DE ELEMENTOS SOMETIDOS A FLEXIÓN
4.1 Diseño de correas.
Perfil Asumido: TR-120*60 e=4.00 mm
Altura del Perfil:
Ancho del Perfil:
Espesor del Perfil:
Propiedades estáticas del perfil:
Área de la sección:
Peso de la Correa:
Área del alma:
Área del ala:
Fluencia del acero A36:
Modulo de elasticidad del acero:
M “X”:
Mome “Y”:
Mó p á “X”:
Mó p á “Y”:
Longitud de la correa:
Separación entre correas:
Pendiente:
:
Peso de la cubierta (TR-4):

4.2 Análisis de carga:
Cargas Actuantes:
Carga muerta(D)=
Carga viva(L)=
Carga de nieve(S)=
Carga Viento(W)=
Las cargas L,S y W han sido calculadas previamente según la Norma Técnica
E 020 del Perú vigente.
Cargas Actuantes:
Kg/ml “X” “Y”
Carga Muerta (D): 20.84 19.77 6.60
Carga Viva (L): 14.17 13.44 4.48
Carga de Nieve (S): 44.80 42.50 14.18
Carga de Viento (W): 31.43 29.81 9.95

Combinaciones de carga por LRFD:
“X” “Y”
1.4D= 27.68 9.23
1.2D+1.6L+0.5L= 30.44 10.16
1.2D+1.6L+0.5S= 66.47 22.18
1.2D+1.6L+0.5W= 60.13 20.06
1.2D+1.6S+0.5W= 106.63 35.57
1.2D+1.0W+0.5L= 60.26 20.10
1.2D+1.0W+0.5S= 74.79 24.95
0.9D+1.0W= 30.71 10.85
4.3 Clasificación del Elemento:
4.3.1 Pandeo local alas:
p
p

4.3.2 Pandeo local alma:
p
p
4.4 Parámetros de diseño:
Factor de resistencia por flexión: Øb= 0.90
Factor de resistencia por compresión: Øc= 0.90
Factor de resistencia por tracción: Øt= 0.90
Factor de resistencia por tracción de rotura: Øtr= 0.75
Factor de resistencia por corte: Øv= 0.90
4.5 Diseño por flexión asimétrica o biaxial.
ó áx “X”

Combinación de carga máxima distribuida “Y”
Resistencia a flexión disponible en “X”
M
p
Resistencia a flexión disponible en “Y”
M
p
Chequeo de formula
M
M
M
M
p

4.6 Diseño por deflexión:
W(carga repartida de servicio)= WD+ WL+ WS+ WW
p
4.7 Resistencia Nominal al Corte:
Esfuerzo cortante ultimo::
Esfuerzo cortante nominal::
Coeficiente de pandeo por cortante: Kv= 5.00

Área del alma:
Área del ala:
p

5 DISEÑO DEL RETICULADO- MÉTODO DE LOS ESTADOS LIMITES- LRFD
Geometría propuesta:
Análisis Estructural Del Reticulado
Numero de nodos(n) = 20
Numero de barras(b) = 37
Di = b – ( 2n – 3 ) = 37 – ( 2*20 – 3 ) = 0
De = R – EE = 3 – 3 = 0
Internamente estable
Externamente estable
Altura del Perfil:
Ancho del Perfil:
Espesor del Perfil:
Peso del perfil:
Área del alma:
Área del ala:
ISOSTATICA

Resist. a la Fractura:
M “X”:
M “Y”:
M ó á “ x”
M ó á “ ”
G “X”
G “Y”
M ó á “X”
Modulo de Sección Plástico “Y”
Momento de Inercia Torsional:
Constante de Torsión:
Modulo de Corte:
5.1 Clasificación de los Elementos.
p
p

p
p
6 DISEÑO DE ELEMENTOS SOLICITADOS A ESFUERZOS AXIALES
6.1 Diseño de Miembros a Tracción.
Barra de mayor solicitación: Pu= 2524.55 kg
Longitud de la Barra: L=120.00 cm
La resistencia de diseño de un miembro a tracción φ*Pn será el menor
valor entre el estado limite de cedencia sobre el área total y el estado
limite de rotura sobre el área neta efectiva
6.1.1 Tracción de cedencia sobre el área total.

6.1.2 Tracción de rotura sobre el área neta.
Á ó “A” Á ñ
Á v ”Ae= U*An”
Á ó “An”
EI área neta se computa como el área total de la sección menos el producto
del espesor de la lámina del perfil y el ancho del material removido para la
conexión. Para conexiones soldadas continuamente alrededor del
perímetro de la sección “An = A” ” U= 1 ,0”. EI factor de corrección “U”,
depende del tipo de conexión.
Sección rectangular con plancha de conexión concéntrica.
L=Longitud de la conexión en la dirección de la carga
Para el presente caso utilizaremos la segunda opcion
x x
x

A A
A
p
La relación de esbeltez de un miembro en tracción (L/r) será su longitud
no arriostrada (L) dividida por el correspondiente radio de giro (r). Esta
relación preferentemente no excederá de 300
6.2 Diseño de miembros a compresión
Barra de mayor solicitación: Pu= 4191.19 kg
La resistencia de diseño de un miembro a compresión ØcPn será:
ØcPn=Fcr*A
A= Área Total= Área de Diseño.
Fcr= Esfuerzo Critico.
r= Radio de Giro.
Q= 1.00 Para miembros con secciones compactas y no compactas con sus
elementos sometidos a compresión uniforme.
K= 1.00

6.2.1 Pandeo Inelástico.
6.2.2 Pandeo Elástico.
Plano Fuerte:
Esfuerzo de Euler.
ó
Plano Débil:
Esfuerzo de Euler.

7 DISEÑO DE MIEMBROS SOLICITADOS A ESFUERZOS
COMBINADOS(COLUMNAS).
Miembros Solicitados a Flexión y Compresión
Altura del Perfil:
Ancho del Perfil:
Espesor del Perfil:
Peso del perfil:
Área del alma:

Área del ala:
Resist. a la Fractura:
M “X”:
M “Y”:
M ó á “ x”
M ó á “ ”
G “X”:
G “Y”
M ó á “X”
M ó á “Y”
Momento de Inercia Torsional:
Constante de Torsión:
Modulo de Corte:
7.1 Diseño por flexión.
ó áx “X”
Resistencia a flexión disponible en “X”
M
7.2 Diseño a compresión
7.2.1 Clasificación de los Elementos.
p

p
p
p
Esfuerzo axial en la columna: Pr= 3379.36 kg
Pandeo Inelástico.
Pandeo Elástico.

Esfuerzo de Euler.
ó
7.3 Chequeo de Formula
M
M
M
M
M
M
M
M
Pr= 3379.36 kg
Pc= 11366.46 kg
Mcx= 0
Mcx= 1339.74 kg*m

p “X” “Y” á p p
lo que esa parte de la ecuación en cero.

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