Ejemplo aisc

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD DEL ZULIA
POSTGRADO DE INGENIERÍA
MAESTRÍA EN INGENIERÍA ESTRUCTURAL
CÁTEDRA: ACERO AVANZADO
EJEMPLOS DE DISEÑO SÍSMICO
DE ESTRUCTURAS METÁLICAS
SEGÚN AISC 341
Coordinador: Dr. Ing. Sebastián A. Delgado
Participantes:
Ing. Francisco Almarales
Ing. Rubén Barboza
Ing. Virgilio Cordero
Ing. Marismeldy Espinoza
Ing. Audy Ferrer
Ing. Osleiner González
Ing. Joselin Madueño
Ing. Jesús Rivas
Ing. Virginia Romay
Ing. Diego Rosales
Ing. Alexander Yedra
Ing. Rita Zuñiga

1
PRÓLOGO
Este documento es una recopilación de los ejercicios planteados en los ejemplos de diseño Sísmico del AISC 341 del año
2005, en el cual no sólo se realiza la traducción de dichos ejemplos, sino que además se cambian las unidades al sistema MKS
y se actualiza su desarrollo a la norma AISC 341 del año 2010, por lo tanto, representan una actualización del material
originalmente usado. El documento servirá de guía en idioma español a estudiantes y profesionales que deseen realizar un
diseño o su revisión manual para diferentes capacidades de disipación de energía que se desee adoptar en el proyecto.
Los ejemplos fueron realizados por los estudiantes del programa de Maestría en Ingeniería Estructural de la Universidad del
Zulia, Maracaibo, a quienes fueron asignados de manera aleatoria en la cátedra de Acero Avanzado, dictada por el Dr. Ing.
Sebastián Delgado, para luego ser recopilados en esta guía.

2
ÍNDICE
EJEMPLO 2.1. DISEÑO DE ARRIOSTRAMIENTO EN PÓRTICO ARRIOSTRADO ........................................................... 4
EJEMPLO 2.2. DISEÑO DE COLUMNA EN PÓRTICO ARRIOSTRADO ............................................................................. 7
EJEMPLO 2.3. DISEÑO DE CONEXIÓN ENTRE ARRIOSTRAMIENTO Y VIGA/COLUMNA EN PÓRTICO
ARRIOSTRADO.......................................................................................................................................................................... 8
EJEMPLO 2.4. CHEQUEO DE DERIVAS EN PÓRTICOS A MOMENTO ........................................................................... 20
EJEMPLO 2.5. DISEÑO DE COLUMNA EN PÓRTICO A MOMENTO............................................................................... 21
EJEMPLO 2.6. DISEÑO DE VIGA EN PÓRTICO A MOMENTO. ........................................................................................ 28
EJEMPLO 2.7. DISEÑO DE CONEXIÓN VIGA-COLUMNA EN PÓRTICO A MOMENTO.............................................. 31
EJEMPLO 3.1. DISEÑO DE ARRIOSTRAMIENTO CONCÉNTRICO DE BAJA DUCTILIDAD - HSS ............................ 36
EJEMPLO 3.2. DISEÑO DE COLUMNA EN PÓRTICO ARRIOSTRADO CONCÉNTRICAMENTE DE BAJA
DUCTILIDAD ........................................................................................................................................................................... 39
EJEMPLO 3.3. DISEÑO DE VIGA EN PÓRTICO ARRIOSTRADO CONCÉNTRICAMENTE DE BAJA DUCTILIDAD 42
EJEMPLO 3.4. DISEÑO DE CONEXIÓN SOLDADA DE ARRIOSTRAMIENTO A VIGA / COLUMNA......................... 46
EJEMPLO 3.5 OCBF DISEÑO DE CONEXIÓN ENTRE ARRIOSTRAMIENTO Y VIGA/COLUMNA - APERNADA.... 58
EJEMPLO 3.6 DISEÑO DE ARRIOSTRAMIENTO TUBULAR EN PÓRTICO ARRIOSTRADO CONCÉNTRICAMENTE
DE ALTA DUCTILIDAD ......................................................................................................................................................... 68
EJEMPLO 3.7 DISEÑO DE ARRIOSTRAMIENTO (PERFIL W) EN PÓRTICO ARRIOSTRADO
CONCÉNTRICAMENTE DE ALTA DUCTILIDAD............................................................................................................... 70
EJEMPLO 3.8 DISEÑO DE COLUMNA EN PÓRTICO ARRIOSTRADO CONCÉNTRICAMENTE DE ALTA
DUCTILIDAD ........................................................................................................................................................................... 72
EJEMPLO 3.9 DISEÑO DE VIGA EN PÓRTICO ARRIOSTRADO CONCÉNTRICAMENTE DE ALTA DUCTILIDAD 74
EJEMPLO 3.10. DISEÑO DE CONEXIÓN ARRIOSTRAMIENTO-VIGA SCBF................................................................. 78
EJEMPLO 3.11. SCBF DISEÑO DEL ARRIOSTRAMIENTO PARA LA CONEXIÓN VIGA/ COLUMNA....................... 91
EJEMPLO 3.15. DISEÑO DE VIGA FUERA DEL ESLABÓN EN PÓRTICOS CON ARRIOSTRAMIENTOS
EXCÉNTRICOS. ..................................................................................................................................................................... 140
EJEMPLO 3.16. DISEÑO DE ARRIOSTRAMIENTO DE UN PÓRTICO ARRIOSTRADO EXCÉNTRICAMENTE....... 145
EJEMPLO 3.17. DISEÑO DE COLUMNA DE UN PÓRTICO ARRIOSTRADO EXCÉNTRICAMENTE......................... 153
EJEMPLO 4.1. CHEQUEO DE DERIVAS Y ESTABILIDAD EN PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO DE BAJA
DUCTILIDAD ......................................................................................................................................................................... 189
EJEMPLO 4.2. DISEÑO DE COLUMNAS EN PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO DE BAJA DUCTILIDAD ... 192

3
EJEMPLO 4.3. DISEÑO DE VIGA DE PÓRTICO ESPECIAL RESISTENTE A MOMENTO DE BAJA DUCTILIDAD. 199
EJEMPLO 4.4. DISEÑO DE CONEXIÓN VIGA – COLUMNA DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO DE BAJA
DUCTILIDAD ......................................................................................................................................................................... 202
EJEMPLO 4.5. CHEQUEO DE DERIVA Y ESTABILIDAD EN PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO DE
DUCTILIDAD MODERADA ................................................................................................................................................. 209
EJEMPLO 4.6. DISEÑO DE COLUMNA DE PÓRTICO RESISTENTE A MOMENTO DE DUCTILIDAD MODERADA
.................................................................................................................................................................................................. 212
EJEMPLO 4.7. DISEÑO DE VIGA DE PÓRTICO A MOMENTO DE DUCTILIDAD MODERADA ............................... 217
EJEMPLO 4.8. DERIVA DE PISO Y VERIFICACIÓN DE ESTABILIDAD EN PÓRTICO RESISTENTE A MOMENTO
DE ELEVADA DUCTILIDAD ............................................................................................................................................... 221
EJEMPLO 4.9. DISEÑO DE COLUMNAS EN PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO DE ELEVADA DUCTILIDAD.
.................................................................................................................................................................................................. 224
EJEMPLO 4.10. DISEÑO DE VIGAS EN PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO DE ELEVADA DUCTILIDAD... 232
EJEMPLO 4.11. DISEÑO DE CONEXIÓN VIGA-COLUMNA EN PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO DE
ELEVADA DUCTILIDAD...................................................................................................................................................... 239
EJEMPLO 4.12 DISEÑO DE EMPALME DE COLUMNAS PARA CARGAS GRAVITACIONALES EN EDIFICIOS
APORTICADOS RESISTENTES A MOMENTO. ................................................................................................................. 248
EJEMPLO 4.13 DISEÑO DE EMPALMES EN COLUMNAS EN PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO DE
ELEVADA DUCTILIDAD...................................................................................................................................................... 254

4
EJEMPLO 2.1. DISEÑO DE ARRIOSTRAMIENTO EN PÓRTICO ARRIOSTRADO
El arriostramiento BR-1 en la Figura 2-1, seleccione una sección de ángulos dobles, ASTM A36 (Fy = 2530 kgf/cm2
, Fu =
4080 kgf/cm2
) para resistir las siguientes cargas axiales. El código de construcción aplicable especifica el uso de ASCE 7 para
el cálculo de cargas.
A partir de ASCE 7, se tiene que esta estructura es asignada a la Categoría Sísmica de Diseño A (ρ = 1.0) y SDS = 0.153.
Asuma que los extremos del arriostramiento están articulados y restringidos sin traslación.
Usando las combinaciones de carga básicas dispuestas según ASCE 7, Sección 2.3.2 con la Excepción 1, la carga a
compresión máxima en el arriostramiento es,
( )
( ) ( ) ( ) ( )
Y la máxima carga a tracción en el arriostramiento es,
( )
( ) ( ) ( )
La longitud del arriostramiento es,
√( ) ( )
y
( )
Esta longitud no arriostrada ha sido determinada calculando la distancia entre los puntos de trabajo basados en la intersección
de los ejes del arriostramiento, de la columna y de las vigas, y usando K = 1,0. Longitudes no arriostradas más corta pueden
ser usadas si estas son justificadas por el diseñador.

5
SELECCIONAR EL TAMAÑO DEL ELEMENTO DE ARRIOSTRAMIENTO
Asumiendo que la resistencia a compresión del elemento de arriostramiento es el estado límite que controla el diseño, y
usando el Manual Tabla 4-9, se ha seleccionado una sección 2L150x100x8 LLBB. La resistencia de diseño del elemento a
compresión es,
Como , la sección 2L150x100x8 LLBB es adecuada. Además, según la Tabla 4-9 del Manual, al menos dos pernos
conectores intermedios soldados o pretensados deben ser considerados.
Figura 2-1. Elevaciones de pórtico arriostrado para Ejemplos 2.1 y 2.2.
Para la planta de techo, ver Figura 2-5.

6
CHEQUEAR LA ESBELTEZ DEL ELEMENTO
La especificación de la Sección E6.2 exige que la esbeltez del elemento individual entre conectores debe ser menor a tres
cuartos de la esbeltez del miembro armado.
( )( )
Asumiendo dos conectores, la longitud entre conectores es,
Usando la Tabla 1-7 del Manual, la esbeltez entre conectores es,
( )( )
CHEQUEAR LA RESISTENCIA A TRACCIÓN DEL ELEMENTO DE ARRIOSTRAMIENTO
A partir de la Tabla 5-8 del Manual, la resistencia de diseño del arriostramiento por cedencia en la sección gruesa es,
Como , la sección 2L150x100x8 LLBB es adecuada.
Usar un 2L150x100x8 LLBB con 1 cm de separación y dos conectores intermedios para el elemento de arriostramiento BR-1.
Note que los conectores intermedios pueden ser soldados o empernados pretensionados. Si se emplean conectores intermedios
empernados, se debe chequear la ruptura en la sección neta del arriostramiento.
La sección neta debe ser chequeada igualmente en la conexión; ver Ejemplo 2.3.

7
EJEMPLO 2.2. DISEÑO DE COLUMNA EN PÓRTICO ARRIOSTRADO
La columna C-1 en la Figura 2-1, seleccione una sección de perfil W, ASTM A992 (Fy = 3515 kgf/cm2
, Fu = 4570 kgf/cm2
)
con una profundidad nominal de 30,48 cm para resistir las siguientes cargas axiales. El código de construcción aplicable
especifica el uso de ASCE 7 para el cálculo de cargas.
A partir de ASCE 7, se tiene que esta estructura es asignada a la Categoría Sísmica de Diseño A (ρ = 1.0) y SDS = 0.153.
Asuma que los extremos de la columna están articulados y arriostrados traslacionalmente con respecto a sus ejes X-X y Y-Y.
Usando las combinaciones de carga básicas dispuestas según ASCE 7, Sección 2.3.2 con la Excepción 1, la carga a
compresión máxima en la columna es,
( )
( ) ( ) ( ) ( )
Y la máxima carga a tracción en la columna es,
( )
( ) ( ) ( )
Según ASCE 7, como Tu > 0, no hay tensión neta (levantamiento) sobre la columna.
Usando la Tabla 4-1 del Manual, con KL = 4,30 m, el perfil W12 más ligero con resistencia a compresión mayor a 112672 kgf
es un W12x40.
Como , la sección W12x40 es adecuada.
Usar un W12x40 para la Columna C-1 del pórtico arriostrado.

8
EJEMPLO 2.3. DISEÑO DE CONEXIÓN ENTRE ARRIOSTRAMIENTO Y VIGA/COLUMNA EN
PÓRTICO ARRIOSTRADO
La junta J-1 en la Figura 2-1, Diseñe la conexión entre el arriostramiento, la viga y la columna. Use una cartela concéntrica
para el arriostramiento y soldada a la viga con electrodos E70XX. Conecte la cartela y la viga a la columna empleando una
conexión empernada con plancha simple y pernos ASTM A325. Use ASTM A36 (Fy = 2530 kgf/cm2
, Fu = 4080 kgf/cm2
)
para el material de la plancha; asuma que la columna y el arriostramiento son como los diseñados en los Ejemplos 2.1 y 2.2,
respectivamente, y que la viga es un perfil W18x35, ASTM A992 (Fy = 3515 kgf/cm2
, Fu = 4570 kgf/cm2
). El código de
construcción aplicable especifica el uso de ASCE 7 para el cálculo de cargas.
La fuerza de corte en la viga, coincidente con la fuerza axial en el arriostramiento, es .
A partir de los Ejemplos 2.1 y 2.2, el arriostramiento tiene una sección de ángulo doble 2L150x100x8, ASTM A36 y la
columna tiene una sección de ala ancha W12x40, ASTM A992.
̅ ̅
DISEÑO DE CONEXIÓN ARRIOSTRAMIENTO-CARTELA
Del ejemplo 2.1,
Usando la Tabla 7-4 del Manual, para pernos ASTM A325SC de 3/4" de diámetro, a corte doble, superficies de contacto Class
B, con agujeros organizados en la cartela, y agujeros estándar en el arriostramiento,
( )
Pruebe considerando tres pernos de 3/4" de diámetro, separados a 7,60 cm.

9
CHEQUEO DE SECCIÓN NETA DEL ARRIOSTRAMIENTO POR RESISTENCIA A TRACCIÓN
El área neta del arriostramiento es.
( )
( )( )
̅
( )
( ) ( )
CHEQUEO DE RESISTENCIA AL APLASTAMIENTO DEL PERNO EN ARRIOSTRAMIENTO
Para compresión, usando la Tabla 7-5 del Manual, con s = 7,60 cm, la resistencia al aplastamiento es,
( )( )( )
Un chequeo similar para la fuerza a tracción usando las Tablas 7-5 y 7-6 del Manual, con s = 7,60 cm y Le = 5,10 cm,
demuestra que,

10
CHEQUEO DE RESISTENCIA A CORTE DEL PERNO
Usando la Tabla 7-1 del Manual, para el caso en el que se incluye la rosca en el plano de corte, la resistencia a corte del perno
es,
( )
Por inspección, la ruptura del bloque de cortante no controla para la sección 2L150x100x8 del arriostramiento.
Usar (3) pernos ASTM A325SC para conectar los ángulos que componen el miembro de arriostramiento a la cartela.
Usar superficies de contacto Clase B, agujeros estándar en el arriostramiento, y agujeros de mayor tamaño para la
cartela.
SELECCIONAR UN ESPESOR DE PRUEBA PARA LA CARTELA
A partir del Ejemplo 2.1, el espaciamiento entre las caras de los ángulos es de 1,00 cm. Para compresión, usando la Tabla 7-5
del Manual para resistencia al aplastamiento con s = 7,60 cm, el mínimo espesor requerido para la cartela es,
( )
Un chequeo similar para la fuerza a tracción usando las Tablas 7-5 y 7-6 del Manual, con s = 7,60 cm y Le = 5,10 cm, muestra
que el espesor mínimo es menor que el requerido por compresión.
Probar con un espesor de cartela de 1,00 cm. Asuma una geometría inicial para la conexión, como la mostrada en la Figura 2-
2.
CHEQUEO DE RESISTENCIA AL PANDEO POR COMPRESIÓN EN LA CARTELA
El ancho Whitmore es,
( )
√ √
La longitud promedio de la cartela más allá de la conexión sobre el ancho Whitmore, es aproximadamente de 15,88 cm.
Asumiendo una condición empotrada en ambos extremos, K ,
( )

11
De la Tabla 4-22 del Manual, . La resistencia al pandeo por compresión es entonces,
( )( )
Alternativamente, puede ser usada la Tabla 1-7. La longitud efectiva de la cartela en compresión es,
( )
Interpolando de la Tabla 1-7 para un espesor de cartela de 1,00 cm, con , la resistencia de diseño de pandeo
por compresión de la cartela es,
( )( )
Por lo tanto, el espesor de la cartela es adecuado, aunque otros chequeos son requeridos como se muestra a continuación.
Figura 2-2. Geometría inicial de la conexión para el Ejemplo 2.3.

12
DETERMINACIÓN DE LAS FUERZAS INTERFACES EN LA CONEXIÓN
Las fuerzas en las uniones cartela-viga y cartela-columna son determinadas usando el Método de Fuerza Uniforme. Los planos
de fuerzas uniformes se establecerán como la línea de pernos de la columna y la interfaz cartela/viga. La suposición de un
plano de fuerza uniforme en la línea de pernos de la columna permite que los pernos en la conexión de la columna a ser
diseñados por corte únicamente (sin excentricidad). Sin embargo, esta suposición conveniente para el diseño de conexión
requiere que un momento correspondiente puede resolverse en el diseño de los miembros. En este caso, el momento será
asignado a la viga.
Cabe señalar que esta suposición es diferente de la realizada para los casos típicos del Método de Fuerza Uniforme que
aparecen en el manual y no es un requisito para este tipo de conexión. Puntos de trabajo apropiados y planos de la fuerza
uniforme a menudo se pueden seleccionar convenientemente para equilibrar la ingeniería, la fabricación, y la economía.
Usando le geometría de la conexión dada en la Figura 2-2 y el análisis encontrado en la Parte 13 del Manual, páginas 13-10,
̅
̅ ⁄ ( )
Ya que la conexión cartela-viga es más rígida que la conexión cartela-columna, se puede suponer que la viga resiste el
momento generado por la excentricidad entre los centroides de la conexión acartelada real y los centroides ideales calculados
usando el Método de Fuerza Uniforme. Por lo tanto,
̅
( )
( ) ( )
√( ) ( )
√( ) ( )
( )

13
( )
( )
( )
| ̅| | |
DISEÑO DE SOLDADURA EN UNIÓN CARTELA-VIGA
Tratando las soldaduras como líneas,
( )
Las fuerzas a lo largo de la interface cartela-viga son,
( )
√ ( ) √ ( )
( √ ( ) )
( √ ( ) )
Ya que ⁄ , es necesario aplicar el factor de distribución de esfuerzos de soldadura. Para un análisis del
factor de distribución de esfuerzo de soldadura de 1,25, ver parte 13 del Manual, páginas 13-11.
( )

14
Por derivación de la resistencia al corte de la soldadura de filete, se tiene que Φrn = 249 kgf/cm (Ver Manual, Parte 8)
Alternativamente, las Tablas de Grupos de Soldaduras Cargadas Excéntricamente expuestas en la Parte 8 del Manual,
pueden ser empleadas. El ángulo de la carga con respecto al eje longitudinal del grupo de soldaduras es,
( ) ( )
El ángulo tabulado más cercano, pero menor que, el ángulo de carga calculado es 45º. Interpolando a partir de la Tabla 8-4
del Manual, con 45º y usando k = 0,
Los esfuerzos promedio y máximo de soldadura no se determinan cuando se utiliza este método, por lo que el factor de
distribución de esfuerzos de soldadura se debe aplicar a menos que los cálculos adicionales establezcan que la relación
entre el esfuerzo máximo y el esfuerzo promedio de soldadura sea mayor o igual a 1,25
√ √( ) ( )
( )( )( )
De la tabla de especificaciones J2.4, el tamaño mínimo de soldadura filete permitido para las piezas que se están conectados es
de 5 mm.
Utilice soldadura filete de 29,25 cm de largo, en ambas caras, de 5 mm de espesor, para conectar la cartela a la viga.
CHEQUEO DE RUPTURA DE CARTELA EN LA SOLDADURA DE LA VIGA
Un método conservador para determinar el espesor de cartela mínimo requerido para transferir las fuerzas de corte y de
tensión es para ajustar la resistencia a la rotura por corte de la cartela igual a la resistencia de la soldadura (basado en la fuerza
resultante). Por lo tanto, un chequeo satisface tanto la ruptura por corte como los criterios de ruptura por tensión (ver Manual
Parte 9).
( )
( )( )

15
CHEQUEO DE CEDENCIA LOCAL EN ALMA DE LA VIGA
La fuerza de la viga es aplicada a una distancia medida a partir del extremo de la misma. Como
,
( )
( ( ) )( )( )
CHEQUEO DE POR DESGARRAMIENTO EN ALMA DE LA VIGA
Usando la Tabla 9-4 del Manual, con N/d > 0,2:
( )
( )
DISEÑO DE CONEXIÓN CARTELA-PLANCHA
La fuerza resultante que será resistida por los pernos en la cartela es,
√( ) ( )
Según Tabla 7-1 del Manual, son requeridos (2) pernos ASTM A325N, de 3/4" diámetro.
( )
Usar (2) pernos ASTM A325N para conectar la cartela a la columna.
Usando las Tablas 7-5 y 7-6 del Manual para aplastamiento de la cartela con s = 7,60 cm y Le = 5,10 cm,
( )( )

16
Por inspección, la ruptura por bloque de cortante no gobierna en esta conexión.
Usar una cartela de 1,00 cm de espesor.
DISEÑO DE CONEXIÓN PLANCHA CON VIGA-COLUMNA
Las fuerzas en la conexión son,
La fuerza resultante que será resistida por lo pernos es,
√( ) ( )
Según Tabla 7-1 del Manual, son requeridos (3) pernos ASTM A325N, de 3/4" diámetro.
( ) . Cabe destacar que tres pernos es la profundidad mínima de conexión para cubrir T/2
para la viga W18.
Usar (3) pernos ASTM A325N para conectar la viga a la columna.
Usando las Tablas 7-5 y 7-6 del Manual para el aplastamiento del alma de la viga con s = 7,60 cm y Le = 5,10 cm,
( )( )
Por inspección, la ruptura por bloque de cortante no gobierna.
DISEÑO DE SOLDADURA ENTRE LA COLUMNA Y LA PLANCHA
Las fuerzas en la conexión entre la plancha y el ala de la columna son,
( )

17
Se supondrá que las cargas de tensión y compresión son resistidas por segmentos de plancha que se extienden 3,80 cm de los
pernos exteriores en cada grupo de pernos, y la fuerza de corte y el momento son resistidos por toda la longitud completa de la
plancha. Tratando las soldaduras como una línea,
( )
( )
En base a la hipótesis anterior, la fuerza máxima en la soldadura se producirá en el grupo de pernos más corto (cartela). Las
fuerzas de conexión en esta zona son,
( )
√ ( ) √ ( )
( )
Considerando el espesor del ala de la columna y suponiendo que el espesor de la plancha será similar al espesor de la cartela
de la Especificación de la Tabla J2.4, el tamaño mínimo de cordón de soldadura es de 5 mm. Este requisito de la
Especificación para el tamaño mínimo de la soldadura puede ser revisado después de que se determinó el espesor de la
plancha.
TAMAÑO DE LA PLANCHA
Usando las Tablas 7-5 y 7-6 del Manual, el mínimo espesor de la plancha por aplastamiento de la cartela a la conexión se
plancha con pernos es,
( )
Cabe destacar que la distancia borde gobierna para un perno.

18
Usando las Tablas 7-5 y 7-6 del Manual, el mínimo espesor de la plancha por aplastamiento de viga a la conexión se plancha
con pernos es,
( )
Los espesores de la plancha requerida para resistir las fuerzas de corte y tracción individualmente son,
( )( )
( )( )
Por lo tanto, el espesor requerido para la plancha es,
√( ) ( )
Probar un espesor de plancha de 1,00 cm. Para el pandeo por compresión de la plancha, suponer K = 0,65. El radio de giro
para una amplia franja de 2,50 cm de plancha es,
√ √
( )
Como ⁄ , y la resistencia a compresión de la plancha es,
( )( )
( )
Nuevamente, usando los segmentos de plancha extendiendo 3,80 cm desde los pernos más externos para resistir compresión,
( ) (
( )
)
( )
( )
( )

19
Usar 1,00 cm de espesor de plancha para conectar la viga y la cartela a la columna.
De la Tabla J2.4 de la Especificación, la soldadura de filete de 5 mm entre la columna y la plancha simple cumple con los
requerimientos de espesores mínimos.
Usar longitud completa de soldadura de filete de 5 mm, a ambos lados, para conectar la plancha simple a la columna.
El diseño final de la conexión y su geometría se muestra en la Figura 2-3.
Figura 2-3. Diseño final de la conexión para el Ejemplo 2.3.

20
EJEMPLO 2.4. CHEQUEO DE DERIVAS EN PÓRTICOS A MOMENTO
El pórtico a momento mostrado en la Figura 2-4. El código de construcción aplicable especifica el uso de ASCE 7 para
requerimientos de derivas. Determine si el segundo nivel del pórtico satisface dichos requerimientos de deriva.
A partir de ASCE 7, se tiene que esta estructura es calificada sísmicamente según su Uso dentro del Grupo I, y asignada a la
Categoría Sísmica de Diseño A, Cd = 3, I = 1,00.
A partir de un análisis elástico de segundo orden de la estructura, la deriva de entrepiso entre la base y el segundo nivel es,
El diseño de derivas y las derivas límites por nivel son los estipulados por el Código de Edificación aplicable. A partir de
ASCE 7, la deriva máxima permisible por nivel, , es , donde la altura de piso por debajo del nivel x.
( )( )
Figura 2-4. Elevación del pórtico a momento para los Ejemplos 2.4, 2.5 y 2.6.
La norma ASCE 7 define el diseño de derivas por nivel como , la deflexión del nivel x en el centro de masa como,
( )
Al comparar la deriva de diseño del piso con la deriva permitida, parece que este pórtico ha sido sobrediseñado
significativamente. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que los requisitos sísmicos de deriva pueden no regir el diseño de
este pórtico. En este caso, las proporciones del pórtico fueron obtenidas de los requisitos de servicio de deriva por viento.

21
EJEMPLO 2.5. DISEÑO DE COLUMNA EN PÓRTICO A MOMENTO.
Para la columna C-1 de la figura 2-4, determine el perfil W ASTM A992 adecuado (Fy = 3515 kg/cm2, Fu = 4570 kg/cm2)
para resistir las siguientes cargas entre la base y el segundo nivel. El código de construcción aplicable especifica el uso de
ASCE 7 para el cálculo de las cargas. La combinación de cargas gobernante que incluye efectos sísmicos es:
( ) (ASCE 7)
Las fuerzas y momentos factorizados en la columna son:
donde
Mnt = momento de primer orden asumiendo que no hay traslación
Mlt = momento de primer orden causado por la traslación lateral del pórtico
De ASCE 7, esta estructura es asignada a la categoría A para el diseño sísmico (ρ = 1,0) y SDS = 0,153. Asumiendo que no hay
cargas transversales entre los apoyos de la columna en el plano de flexión y que las vigas en la dirección del eje débil de las
columnas tienen una conexión articulada y generan un momento despreciable.
CHEQUEO DE ESBELTEZ DE LA COLUMNA
La relación ancho-espesor para las alas es:
(Especificación B4.1)
La relación ancho-espesor límite para alas compactas es:
√ √
(Especificación Tabla B4.1)
Mientras λf < λp, las alas son compactas.
La relación ancho-espesor para el alma es:

22
√
√
Mientras λw < λp, el alma es compacta.
DETERMINE K
Para el eje X-X,
∑( )
∑( )
Con dos vigas laterales del pórtico y dos columnas laterales del pórtico para la conexión localizada en el tope de la columna,
( )
( )
De los comentarios, sección C2.2b, G = 1,0 para un empotramiento en la base.
Usando la figura C-C2.4 de los comentarios, Kx es determinado como 1,40. (Notar que esto puede ser posible para determinar
el factor de reducción K que considera el comportamiento inelástico de las columnas, a través del uso del factor de reducción
de rigidez, τ, en el cálculo de G).
El factor de amplificación para las columnas es (Lim and McNamara, 1972) :
√
∑
∑
Asumiendo un área tributaria de 2438704,89 cm2
para la estabilidad de las columnas y un área tributaria de 5922569,03 cm2
, y
una carga uniforme sobre toda el área,
√
Por lo tanto,
( )
De la especificación, sección C1.3a, y el comentario, tabla C-C2.2, Ky = 1,0.

23
DETERMINE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE LA COLUMNA
( ) ( )
Usando la tabla 4-22 del manual con KLx/rx = 81,2:
(Especificación E3-1)
( )
CHEQUEO DE LONGITUD NO ARRIOSTRADA POR FLEXIÓN
De la tabla 3-2 del manual,
DETERMINE LA RESISTENCIA A FLEXIÓN
De la especificación, sección F2, con alma y alas compactas y Lp < Lb < Lr, los estados límites aplicables son cedencia y
pandeo lateral torsional.
[ ( ) ( )] (Especificación F2-2)
El comentario de la especificación, sección F1, provee una ecuación alternativa para el cálculo de Cb para miembros con
diagramas de momento linealmente variables entre puntos extremos.
| |
| |

24
( ) ( ) (Especificación C-F1-1)
( ) ( )
(Especificación F2-1)
( )
[ ( ) ( )]
Mp controla.
( )
CONSIDERE EFECTOS DE SEGUNDO ORDEN
(Especificación C2-2)
(Especificación C2-1b)
( ) (Especificación C2-4)
Donde
( )
Usando la figura C-C2.3 del comentario con Gtop = 1,59 y Gbot = 1,0, Kx es determinado como 0,8. Alternativamente, Kx puede
ser conservadoramente tomado como 1,0 por la sección C1.3a de la especificación.

25
( )( )
[ ( )]
( )
Por lo tanto,
( )
(
∑
∑
)
De la figura 2-5,
( )
( )
( )
Curtain Wall = 31751,47 kg / nivel
( )
( )
La carga muerta total soportada por las columnas del segundo nivel es,
∑ ( ) ( )
Asumiendo un factor de reducción de carga viva de 0,60 en las columnas, la carga viva total soportada por las columnas del
segundo nivel es,
∑ ( )( )

26
Figura 2-5. Planta de Piso para ejemplos 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 y 2.6
∑ ( ) ∑ ∑ ∑ ∑ (1-3)
∑ ( ) ( ) ( ) ( )
( )
( )( )
[ ( )]
Por un proceso similar, Pe2 para las columnas W12x65 en las líneas 1 y 4 es,
Si se tienen dos pórticos,
∑ [ ( ) ( )]
9,1435m9,1435m9,1435m9,1435m
7,62m7,62m7,62m
9,10 m9,10 m9,10 m9,10 m
7,5m7,5m7,5m

27
Por lo tanto,
(Especificación C2-1a)
( ) ( )
( ) ( )
CHEQUEO DE CARGAS COMBINADAS
Mientras Pr / Pc 0,2
( ) (Especificación H1-1a)
( )
CHEQUEO DE LA RESISTENCIA A CORTE DE LA COLUMNA
√ √
Si h/tw = 20,7 < 53,9 (Especificación G2.1a)
(Especificación G2-1)
( )( )( )( )( )
El W12x79 es adecuado para resistir las cargas dadas por la columna C-1.
Notar que las combinaciones de carga que no incluyen efectos sísmicos deben también ser investigadas.

28
EJEMPLO 2.6. DISEÑO DE VIGA EN PÓRTICO A MOMENTO.
Para la viga BM-1 en la figura 2-4, determine el ancho de ala adecuado ASTM A992 (Fy = 3515 kg/cm2
, Fu = 4570 kg/cm2
)
para las siguientes fuerzas y momentos. El código de construcción aplicable especifica el uso de ASCE 7 para el cálculo de las
cargas. La combinación de cargas gobernante que incluye efectos sísmicos es:
( ) (ASCE 7)
Los cortes y momentos factorizados en la viga son:
Los momentos en tres puntos son:
Asuma que las alas de la viga están arriostradas en las columnas.
CHEQUEO DE ESBELTEZ DE LA VIGA
La relación ancho-espesor para las alas es,
La relación ancho-espesor límite para alas compactas es:
√ √
Mientras λf < λp, las alas son compactas.
La relación ancho-espesor para el alma es:

29
La relación ancho-espesor límite para alma compacta es:
√
√
Mientras λw < λp, el alma es compacta.
CHEQUEO DE LA LONGITUD NO ARRIOSTRADA
De la tabla 3-2 del manual,
DETERMINE LA RESISTENCIA A FLEXIÓN
De la especificación, sección F2, con alma y alas compactas y Lb > Lr, los estados límites aplicables son cedencia y pandeo
lateral torsional.
( )
√ ( )
Rm = 1,0 miembros doblemente simétricos
donde,
| | | | | | | |
( )
( ) ( ) ( ) ( )

30
( )
( )
√ ( ) ( )
( )
( )
( )
CHEQUEO DE RESISTENCIA A CORTE
√ √
Si h/tw < √
( )( )( )( )( )
El W18x55 es adecuado para resistir las cargas dadas por la viga BM-1.
Notar que las combinaciones de carga que no incluyen efectos sísmicos deben también ser investigadas. Por ejemplo,
considerando la combinación de cargas 1,2D + 0,5L + 1,6W, lo siguiente puede ser determinado por un procedimiento
similar:

31
EJEMPLO 2.7. DISEÑO DE CONEXIÓN VIGA-COLUMNA EN PÓRTICO A MOMENTO.
Para la junta J-1 en la figura 2-4. Diseñar la conexión apernada a momento totalmente restringida entre la viga BM-1 y la
columna C-1. Asuma que la viga y la columna son secciones ASTM A992 (Fy = 3515 kg/cm2
, Fu = 4570 kg/cm2
) y que
ASTM A36 (Fy = 2530 kg/cm2
, Fu = 4080 kg/cm2
) es usado para el material de conexión. Use pernos ASTM A325N de
diámetro 1,905 cm y electrodos de 4920 kg/cm2
.
Del ejemplo 2.6,
CHEQUEO DE RESISTENCIA DE LA VIGA A FLEXIÓN
La sección F13 de la especificación requiere que la tensión de rotura en el ala sea investigada si,
Si Fy / Fu = 3515/4570 = 0,77 < 0,8
Asumiendo dos filas de pernos ASTM A325N de diámetro 1,905 cm en agujeros estándar,
( )
( ) (Especificación D3.2)
( )( )
( )( )
( )( )
Como , el estado límite de tensión de rotura en el ala no aplica.

32
DISEÑE LA CONEXIÓN DE PLANCHA SIMPLE EN EL ALMA
Conservadoramente, usando la tabla 10-9 del manual, se selecciona un espesor de plancha ASTM A36 de 0,9525 cm con 3
pernos ASTM A325N de diámetro 1,905 cm en agujeros estándar.
Usando la tabla 7-5 del manual con s = 7,62 cm, la resistencia a flexión del alma de la viga es,
( )( )
Use un espesor de 0,9525 cm para la plancha simple de la conexión con 3 pernos ASTM A325N de diámetro 1,905 cm en
agujeros estándar, por la tabla 10-9 del manual.
DETERMINE EL NÚMERO REQUERIDO DE PERNOS EN LA PLANCHA DEL ALA
La fuerza del ala es,
De la tabla 7-1 del manual para pernos a corte, el número requerido de pernos ASTM A325N de diámetro 1,905 cm es,
Pruebe 6 pernos espaciados 10,16 cm. Usando las tablas 7-5 y 7-6 del manual, para resistencia a flexión y asumiendo Le =
5,08 cm y s = 7,62 cm, la resistencia a flexión del ala de la viga es,
( )( )
TAMAÑO DE PLANCHA EN ALA PARA FUERZA DE TENSIÓN
Asumiendo un ancho de plancha de 17,78 cm, el espesor mínimo para cedencia por tensión es,
( )( )

33
Pruebe una plancha de 0,9525 cm 17,78 cm. La resistencia a la tensión de rotura de la plancha es,
( )( )( )( ( ))
(Especificación D2-2)
Usando las tablas 7-5 y 7-6 del manual, con Le = 5,08 cm y s = 7,62 cm, la resistencia a flexión de la plancha del ala es,
( )( )
Note que la plancha del ala es el elemento crítico, porque el ancho de su bloque de cortante, espesor y la resistencia del
material son todos menores que los del ala de la viga. Los dos casos para cada bloque de cortante deben ser chequeados como
se muestra en la figura 2-6. Asuma un material ASTM A36.
El primer caso involucra la fuerza de arranque de los dos bloques fuera de las dos filas de agujeros de los pernos en la plancha
del ala. Para este caso, el área de tracción tiene un ancho de 7,62 cm. El segundo caso involucra la fuerza de arranque del
bloque entre las dos filas de agujeros en la plancha del ala. Para este caso, el área de tracción tiene un ancho de 10,16 cm. Así,
el primer caso gobierna.
[ ] [ ]
Figura 2-6. Falla de Bloque de Cortante para ejemplo 2.7
PLANCHA
DE ALA PLANCHA
DE ALA
CASO 1 CASO 2
10,16cm
3,81cm 3,81cm
5,08cm
7,62cm
7,62cm
10,16cm
3,81cm 3,81cm
5,08cm
7,62cm
7,62cm
76,2 mm
76,2 mm
50,8 mm
76,2 mm
76,2 mm
50,8 mm
76,2 mm
76,2 mm
50,8 mm
38,1 mm 38,1 mm 38,1 mm 38,1 mm
101,6 mm 101,6 mm

34
De las tablas 9-3a, 9-3b y 9-3c,
( )( )
( )( )
( )( )
para fuerza de tracción uniforme
( ) ( )
Use 2 filas de pernos ASTM A325N de diámetro 1,905 cm distanciadas 10,16 cm para conectar cada plancha de ala al ala de
la viga. Use 5,08 cm de distancia a los bordes y 7,62 cm como distancia entre pernos.
TAMAÑO DE PLANCHA EN ALA PARA FUERZA DE COMPRESIÓN
√ √
Asumiendo K = 0,65 y l = 6,35 cm (5,08 cm de distancia al borde más 1,27 cm),
( )
Si Kl / r 25, Fcr = Fy, y la resistencia a compresión de la plancha del ala es,
( )( )( )
Use planchas de alas ASTM A36 de 0,9525 cm 17,78 cm.
DISEÑE LA SOLDADURA ENTRE LAS PLANCHAS DE ALAS Y EL ALA DE LA COLUMNA
( )( )( ) ( )( )( )
Use para ambas caras, soldadura de filete de 5 mm para conectar las planchas de ala al ala de la columna.

35
Con cálculos similares, puede observarse que el ala de la viga tiene resistencia adecuada.
Comentario: Debe chequearse la zona panel de la columna y los requerimientos de rigidez. Para mayor información, ver guía
de diseño de AISC No. 13 Rigidez de Secciones de Columna en Conexiones a Momento-Aplicaciones Sísmicas y de Viento
(Carter, 1999).
El diseño y geometría final de la conexión se muestran en la figura 2-7.
Figura 2-7. Conexión Diseñada en ejemplo 2.7
3 PERNOS A325N
1,905cm
PLANCHA 0,9525cm x 17,78cm
AGUJEROS ESTÁNDAR
(TOPE Y FONDO)
AGUJEROS ESTÁNDAR
PLANCHA SIMPLE 0,9525cm
CONEXIÓN POR TABLA 10-9
DEL MANUAL
6 PERNOS A325N
1,905cm A CADA 10,16cm
(TOPE Y FONDO)
0,5
0,5
7,62cm
7,62cm
6,35cm
5
5
63,5 mm
76,2 mm
76,2 mm
W12X79
W18X55
101,6mm

36
EJEMPLO 3.1. DISEÑO DE ARRIOSTRAMIENTO CONCÉNTRICO DE BAJA DUCTILIDAD -
HSS
Dado el Arriostramiento BR-1 en la Figura 3-1. Seleccione un perfil HSS ASTM A500 Gr. B
( ⁄⁄ ) para resistir las siguientes fuerzas axiales. El Código de Construcción
Aplicable especifica el uso de ASCE 7 para el cálculo de las cargas.
De ASCE 7, la Categoría de Diseño Sísmico es D, y .
( )
Asuma que los extremos de la diagonal de arriostramiento son articulados y no permiten desplazamiento lateral para ambos
ejes X-X y Y-Y.
Usando las combinaciones de carga sísmica de ASCE 7, la máxima fuerza a compresión en el arriostramiento es,
( )
( ) ( ) ( ) ( )
Figura 3-1. OBCF elevación para ejemplos 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 y 3.5.
Para planta de techo ver Figura 4-1.
CD
J-1
C-1
5.715 m
5.41m
5.18m

37
Y la fuerza máxima de tracción en el arriostramiento es,
( )
( ) ( ) ( )
La longitud del arriostramiento es,
√( ) ( )
Esta longitud se ha determinado mediante el cálculo de la distancia entre los puntos de trabajo basado en la intersección de los
ejes del arriostramiento, columna y vigas. Se pueden usar longitudes más cortas de arriostramiento si se justifica por el
Representante Designado por el Propietario para el Diseño.
Probando un perfil HSS4x4x1∕4 para el arriostramiento
CHEQUEO DE ESBELTEZ
De la Sección C1.3a de la Especificación y de la Tabla C-C.2.2 del Comentario de la Especificación, para ambos ejes
X-X y Y-Y.
(Nota de Usuario Especificación E2)
( )
Nótese que si se hubieran utilizado en este ejemplo de diseño una configuración de arriostramiento en V o V-invertida, la
Sección 14.2 de las Provisiones Sísmicas específica a √ ⁄ como el límite de esbeltez para el arriostramiento.
Existen requisitos adicionales de diseño de vigas los cuales se especifican en la Sección 14.3 de la Provisiones Sísmicas.
CHEQUEO DE PANDEO LOCAL
Por las Secciones 14.2 y 8.2b de las Provisiones Sísmicas, las relaciones de ancho espesor de los elementos a compresión en
miembros que sirven de arriostramiento no deben exceder . De la Tabla 1-12 del Manual,

38
√ ⁄
√
Ya que , el perfil HSS4x4x1/4 es sísmicamente compacto.
DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN DEL ARRIOSTRAMIENTO
De la Sección E3 de la Especificación,
√ √
( )
( )
( ) (Especificación E3-4)
( )
( )( )
DETERMINAR LA RESISTENCIA A TRACCIÓN DEL ARRIOSTRAMIENTO
Por cedencia de la sección bruta,
( )( )
La ruptura a tracción del arriostramiento se verifica en el Ejemplo 3.4.
Utilizar un perfil HSS4x4x1/4 para el Arriostramiento BR-1 del OCBF

39
EJEMPLO 3.2. DISEÑO DE COLUMNA EN PÓRTICO ARRIOSTRADO CONCÉNTRICAMENTE
DE BAJA DUCTILIDAD
Dada la Columna C-1 en la Figura 3-1. Seleccionar para una longitud de un perfil de ala ancha ASTM A992
( ⁄⁄ ) para resistir las siguientes fuerzas axiales. El Código de Construcción Aplicable
especifica el uso de ASCE 7 para el cálculo de las cargas.
( )
Asuma que los extremos de la columna de arriostramiento son articulados y no permiten desplazamiento lateral para ambos
ejes X-X y Y-Y.
Usando las combinaciones de carga sísmica de ASCE 7, la máxima fuerza a compresión en la columna es,
( )
( ) ( ) ( ) ( )
Y la fuerza máxima de tracción en la columna es,
( )
( ) ( ) ( )
Probando un perfil W8X18
CHEQUEO DE PANDEO LOCAL
Los elementos rigidizados y no rigidizados de columnas deben cumplir con la Tabla B4.1 de las Especificaciones.
La relacion ancho-espesor para las alas es,
Especificación B4.1

40
De la Tabla B4.1 de las Especificaciones, para alas,
√ ⁄ √
Ya que , las alas no son esbeltas.
La relación ancho-espesor para el alma es,
De la Tabla B4.1 de las Especificaciones, para almas,
√ ⁄ √
Ya que , el alma no es esbelta.
DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE LA COLUMNA
De la Sección C1.3a de la Especificación y de la Tabla C-C2.2 de los Comentarios de la Especificación, para ambos
ejes X-X y Y-Y.
( )( )( ⁄ )
( )
√ √
Cuando √
( )
( )
( ) (Especificación E3-4)

41
( )
( )( )
DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A TRACCIÓN DE LA COLUMNA.
Por cedencia de la sección bruta
( )( )
Utilizar un perfil W8x18 para la Columna C-1 del OCBF

42
EJEMPLO 3.3. DISEÑO DE VIGA EN PÓRTICO ARRIOSTRADO CONCÉNTRICAMENTE DE
BAJA DUCTILIDAD
Dada la Viga BM-1 en la Figura 3-1. Determine, si el perfil de ala ancha W12x26 ASTM A992
( ⁄⁄ ) de sección no mixta con una longitud de , es adecuado para las cargas
y fuerzas que se muestran. El Código de Construcción Aplicable especifica el uso de ASCE 7 para el cálculo de las cargas.
( )
Para un perfil W12x26
Asuma que los extremos de la viga son articulados y no permiten desplazamiento lateral para ambos ejes X-X y Y-Y.
Usando las combinaciones de carga sísmica de ASCE 7, se determina los momentos en la viga.
( ⁄ ⁄ ) ( )
( ⁄ ) ( )
( )
( ) ( ) ( ) ( )
DETERMINACIÓN DE LA FUERZA AXIAL EN LA VIGA
La fuerza axial máxima en la viga es,
( )
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
DETERMINACIÓN DEL CORTE EN LA VIGA
( ⁄ ⁄ ) ( )

43
( ⁄ ) ( )
( )
( ) ( ) ( ) ( )
CHEQUEO DE LA ESBELTEZ DEL ELEMENTO VIGA
La relación ancho-espesor de las alas es,
La limitación de la relación ancho-espesor para alas compactas es,
√
√
Ya que , las alas son compactas.
La relación ancho-espesor para el alma es,
√
√
Ya que , las alas son compactas.
DETERMINAR LA RESISTENCIA A FLEXIÓN
El sofito metálico proporciona la resistencia y la rigidez requerida por la Sección C1 de la Especificación para arriostrarla
parte superior del ala (compresión). Ya que todos los elementos a compresión de la viga son compactos y , se aplica el
estado límite de cedencia.

44
( )( ⁄ )
( )
DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN
De la Sección C1.3a de la Especificación y de la Tabla C-C2.2 del Comentario de la Especificación, para ambos ejes
X-X y Y-Y. La longitud no arriostrada con respecto a ambos ejes X-X y Y-Y es 5,715m.
( )( )( ⁄ )
( )
De la Tabla 4-22 del Manual,
( )
Considerando efectos de segundo orden
( )
( )( )
[ ( )( ⁄ )]
Para vigas y columnas sujetas a cargas transversales
(Especificación Tabla C-C2.1)
Ya que no hay traslación en los extremos de la viga,
( )

45
( ) ( )
Por lo tanto,
(
( )
)
Se verifica la carga combinada del perfil W12x26
Ya que ,
( ) (Especificación H1-1b)
( )
( )
CHEQUEO DE LA RESISTENCIA A CORTE
√ √
Ya que √ ⁄ ,
( )( )( )( )( )
Utilizar un perfil W12x26 para la Viga BM-1 del OCBF.
Comentarios:
En este caso, las vigas tienen un margen significativo entre su resistencia y la carga actuante. Cuando la viga está muy
cargada, el Representante Designado por el Propietario para el Diseño puede ser capaz de justificar una longitud no arriostrada
más corta en dirección del eje Y-Y para la viga en compresión, resultando un diseño más ligero. Por ejemplo, las vigas o
correas transversales que llegan a la viga BM-1 podrían tener conexiones lo suficientemente profundas para arriostrar la viga
lateralmente, o los arriostramientos podrían ser añadidos si no existiesen vigas transversales. Sin embargo, menos peso no
siempre es sinónimo de menor costo, y el costo del material disminuido para una viga más ligera debe compararse con
cualquier material adicional, la fabricación y el costo de montaje que puede resultar, como una viga más ligera no tiene a
menudo el costo adicional de colocación de arriostramientos especiales o conexiones.

46
EJEMPLO 3.4. DISEÑO DE CONEXIÓN SOLDADA DE ARRIOSTRAMIENTO A VIGA /
COLUMNA
Ubique el nodo J-1 mostrado en la figura 3-1. Diseñe la conexión entre el arriostramiento, la viga y la columna. Utilice una
cartela soldada concéntrica al arriostramiento para conectar el arriostramiento a la viga y columna. Utilice una conexión
soldada entre la viga y la columna. Utilice acero ASTM A36 (Fy = 2530 kgf/cm2
, Fu = 4080 kgf/cm2
) como material en
planchas y asuma los miembros, sus dimensiones y propiedades iguales a los de los ejemplos 3.1, 3.2 y 3.3. El código de
construcción aplicable especifica el uso del ASCE 7 para el cálculo de las cargas.
De la especificación ASCE 7, la categoría de diseño sísmico es D donde:
La fuerza de corte en la viga coincide con la fuerza axial en el arriostramiento
Solución:
De los ejemplos 3.1, 3.2 y 3.3 se tiene:
Viga
W12 x 26
Columna W8 x 18
Arriostramiento HSS4x4x1/4
DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA REQUERIDA A LA TRACCIÓN DE LA CONEXIÓN DEL ARRIOSTRAMIENTO:
De acuerdo a las especificaciones sísmicas, apartado 14.4, la conexión del arriostramiento debe ser diseñada para desarrollar
la resistencia de cedencia a tracción esperada del arriostramiento. Por lo tanto, la resistencia requerida a la tracción de la
conexión es:
( )( )

47
La resistencia requerida en la conexión del arriostramiento no debe exceder la máxima fuerza que puede desarrollarse en el
sistema o un efecto de carga debido a la carga sísmica amplificada. Del ejemplo 3.1,
( )
( )( ) ( ) ( ) ( )
Por lo tanto la Resistencia requerida a la tracción de la conexión es 9070 kgf.
DISEÑO DE LA SOLDADURA DE LA CARTELA AL ARRIOSTRAMIENTO:
El tamaño máximo de soldadura de filete que puede desarrollarse en el arriostramiento puede determinarse definiéndose una
resistencia de soldadura igual a la resistencia a la rotura por corte de las paredes del perfil HSS (Hollow Steel Section – perfil
tubular).
(
√
) ( ) ( ) ( )
( )
Probemos con un filete de 4 mm (3/16”) para conectar el arriostramiento a la plancha de conexión (cartela).
La longitud mínima de soldadura cuatro filetes de soldadura es:
( ) ( ) ( )
Es buena práctica seleccionar la longitud de las soldaduras de filete longitudinales por lo menos igual a la distancia entre las
soldaduras, y los efectos de arrastre por cortante se reducen al incrementar la longitud de la conexión.
Probemos con una soldadura de filete cuya longitud sea 127 mm para conectar el arriostramiento a la cartela.
La resistencia de una soldadura de filete de 127 mm de longitud y tamaño de 5,00 mm para conectar el arriostramiento a la
cartela es:
Especificación J2.4
( )
( )( )

48
El espesor mínimo de cartela requerido para desarrollar la fuerza liberada por la soldadura es:
( ) ( )( )( )( )
Este valor se encuentra muy debajo del espesor mínimo que por práctica se utiliza. Probemos con una cartela de espesor de
12mm.
CHEQUEO DE RUPTURA DE ARRASTRE POR CORTANTE (SHEAR LAG RUPTURA) DEL ARRIOSTRAMIENTO
Asuma que el ancho de la muesca en el arriostramiento tubular permita una abertura de 0,15 cm entre la pared del tubular y la
cartela en ambos lados de la cartela. El área neta del perfil tubular será entonces:
( )
( )( )
̅
( )
Para perfiles tubulares cuadrados la ecuación anterior se reduce a:
̅
̅
( ⁄ )
̅
( )
Especificación D2-2
( )( )
Como , el tubular seleccionado es adecuado. No se requieren placas de cubierta.
Utilice una soldadura de filete de 5,00 mm cuya longitud sea 127 mm para conectar el arriostramiento a la cartela (por los 4
lados).
Asuma como geometría inicial la indicada en la conexión de la figura 3-2

49
Figure 3-2. Geometría Inicial
CHEQUEO DE LA SECCIÓN “WHITMORE”
El ancho “Whitmore” es:
( ) ( ⁄ )
Sin embargo, aproximadamente 0,95 cm del ancho “Whitmore” está en la viga. Utilizando una plancha de 12 mm para la
conexión del arriostramiento se tiene,
DETERMINACIÓN DE LAS FUERZAS DE INTERFACE DE LA CONEXIÓN
Las fuerzas entre la cartela y la viga y la cartela y la columna son determinadas utilizando el Método de Fuerzas Uniforme con
una geometría que produzca un momento despreciable ( ̅ ). Este momento no alterará el diseño final de esta
conexión por lo que no se tomará en cuenta en este ejemplo. Se utiliza un clip de 2,50 x 2,50 cm en la cartela. El diseño de la
conexión está basado en la carga sísmica amplificada.
⁄ ( )

50
⁄ ( )
√( ) ( )
( )
( )
( )
( )
DISEÑO DE LA SOLDADURA PLANCHA DE CONEXIÓN (CARTELA) – VIGA
La longitud de la soldadura alrededor de la cartela y viga es:
√( )
[√( ) √( ) ]
Ya que no se presentan esfuerzos de flexión:
√
Para considerar la distribución de tensiones en la soldadura, la conexión es diseñada para el mayor de los siguientes valores:
o 1,25 .
( )
( )

51
De forma alternativa se puede utilizar la Especificación J2.4. el ángulo de la carga con respecto al eje longitudinal del grupo
de soldadura es:
( ) ( )
La resistencia de la soldadura es:
( )
( ( ))
√( ) ( )
( )( )
Utilizar un cordón de soldadura de filete de 5,00 mm (ambos lados) para conectar la plancha de conexión a la viga.
CHEQUEO DE LA RUPTURA DE LA PLANCHA A LA VIGA SOLDADA
Un método conservador para determinar el espesor mínimo de plancha requiere transferir las fuerzas de tensión y corte para
establecer la resistencia de ruptura al corte de la plancha de conexión igual a la resistencia de la soldadura (basado en la fuerza
resultante). Así, un chequeo satisface ambos criterios de ruptura a corte y tensión. En tensión:
( )
( )
CHEQUEO DE LA CEDENCIA DE LA PLANCHA DE CONEXIÓN A LA VIGA SOLDADA
Desde que la plancha satisface el criterio de espesor mínimo para ruptura por corte basado en el tamaño de soldadura, esto
también satisface el criterio de cedencia por corte y tensión.
CHEQUEO DE LA CEDENCIA LOCAL DEL ALMA DE LA VIGA
La fuerza de la viga es aplicada a desde el extremo de la viga. Como ,
( )
[ ( ) ]( )( )

52
DISEÑO DE LA SOLDADURA DE LA CARTELA A LA COLUMNA
La longitud de la soldadura a lo largo de la interface cartela – columna es:
Como no hay presente esfuerzos de flexión:
√
( )
( )
De forma alternativa se puede utilizar la Especificación J2.4. el ángulo de la carga con respecto al eje longitudinal del grupo
de soldadura es:
( ) ( )
La resistencia de la soldadura es:
( )
( ( ))
( )
Para cumplir con la resistencia será suficiente colocar un cordón de soldadura de 3,00 mm a cada lado de la cartela. Sin
embargo, puede colocarse un espacio de 3 mm entre la columna y la cartela para las tolerancias de construcción. Por la
especificación AWSD1.1, si la abertura de un cordón de soldadura mayor que 1,5 mm, debe incrementarse el tamaño del
cordón de soldadura. Por lo tanto,
Se utilizará una longitud completa de soldadura de filete de 6,50 mm para conectar la cartela a la columna.

53
CHEQUEO DE LA RUPTURA DE LA CARTELA EN LA SOLDADURA
Como se determinó previamente, una cartela de 12,7 mm podrá desarrollar la resistencia de un cordón de soldadura de 3,00
mm en cada lado de la plancha
12,7 mm ˃ 1,27 mm OK
Chequeo de la cedencia de la plancha de conexión (cartela) en la soldadura con la columna
La resistencia a la cedencia de la plancha de conexión (cartela) es adecuada por la misma razón que el chequeo en la soldadura
de la viga.
Utilice un espesor de plancha de 12,7 mm.
CHEQUEO DE LA CEDENCIA LOCAL DEL ALMA DE LA COLUMNA
Como la fuerza de la columna es aplicada a ( ) desde el extremo,
( )
[ ( ) ]( )( )
DETERMINACIÓN DE FUERZAS EN LA CONEXIÓN VIGA – COLUMNA
Utilice una soldadura de ranura de penetración completa.
CHEQUEO DE LA RESISTENCIA A CORTE DEL ALMA DE LA VIGA
Asumiendo que los agujeros de acceso de las soldaduras no excedan la dimensión k, la resistencia por cedencia a corte del
alma de la viga es:
( )
( )( )( )( )

54
Para facilitar el montaje de la viga, se debe proveer de una plancha a corte con un espesor, grado, número, diámetro y grado
de pernos requeridos para resistir las cargas de montaje. Esta plancha debe también servir de respaldo de la soldadura entre el
alma de la viga y el ala de la columna. Estos elementos no pueden diseñarse similar al ejemplo 3,5 para eliminar la soldadura
de ranura de penetración completa
DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DEL ARRIOSTRAMIENTO
La longitud del arriostramiento de un punto de trabajo a otro es 7,75 m. Sin embargo, basado en la geometría de la conexión
mostrada en la figura 3-2, la longitud actual del arriostramiento es aproximadamente 7,00 m. La longitud actual será utilizada
para determinar la máxima resistencia a comprensión esperada del arriostramiento.
La resistencia a cedencia esperada del arriostramiento es,
( )
( )
√ √
Cuando √
( )
( )
( )
( )
( )( )
La resistencia requerida de la cartela no debe exceder la carga sísmica amplificada. Por lo tanto,

55
CHEQUEO DEL PANDEO A COMPRESIÓN DE LA PLANCHA DE CONEXIÓN (CARTELA)
Basado en la geometría de la conexión mostrada en la figura 3-2, la longitud no arriostrada promedio de la cartela es
aproximadamente 14 cm.
√ √
( )
Cuando y el ancho “Whitmore” requerido es entonces,
( )( )
El ancho “Whitmore” a lo largo de la cartela es,
DETERMINACIÓN DE LAS FUERZAS EN LA CONEXIÓN
Las fuerzas entre cartela-viga y cartela-columna son determinadas utilizando el Método de Fuerzas Uniforme.
( )
( )
( )
( )
Como puede observase por comparación, las fuerzas generadas en compresión del arriostramiento son las mismas que las
generadas por la fuerza de tensión en el arriostramiento. No obstante, desde que las fuerzas de compresión son transferidas a
través de la conexión cartela – viga y cartela – columna, se requieren chequeos adicionales en la conexión.

56
CHEQUEO DEL DESGARRAMIENTO EN EL ALMA DE LA VIGA
⁄ ⁄
Utilizando la tabla 9-4 del manual, con ⁄ ,
( )
( )
CHEQUEO DEL DESGARRAMIENTO EN EL ALMA DE LA COLUMNA
[ ( ) ( ) ] √
( ) [ ( ) ( ) ] √
( )( )( )
( )
DETERMINACIÓN DE LAS FUERZAS EN LA CONEXIÓN VIGA – COLUMNA
Las fuerzas de tensión y corte son las mismas que las fuerzas de compresión y corte para las cuales la conexión fue
originalmente diseñada. Por lo tanto, la conexión como fue diseñada previamente es adecuada para resistir las fuerzas de
tensión y corte por inspección.
El diseño de la conexión final y su geometría es mostrado en la siguiente figura.

58
EJEMPLO 3.5 OCBF DISEÑO DE CONEXIÓN ENTRE ARRIOSTRAMIENTO Y
VIGA/COLUMNA - APERNADA.
Ver la junta J-1 de la figura 3-1. Rediseñe la conexión dada en el ejemplo 3.4. Utilice una cartela concéntrica soldada a la
diagonal de arriostramiento. Utilice una plancha para conectar la viga y la cartela a la columna y una soldadura para para
conectar la viga y la cartela. Use acero tipo ASTM A36 (Fy= 2530 kgf/cm2
, Fu= 4070 kgf/cm2
) para el material de las planchas
y asuma los tamaños de miembros y sus especificaciones como se muestran en los ejemplos 3.1, 3.2 y 3.3. Para el cálculo de
las cargas se debe utilizar la norma ASCE 7.
De ASCE 7, la categoría de diseño sísmico es D, = .0, =1.3, y =0.533.
De los ejemplos 3.1, 3.2 y 3.3, tenemos:
Viga W12x26 d=30.988cm
kdes=1.727cm
Fy=3515kgf/cm2
tw=0.584cm
bf=16.485cm
Fu=4570kgf/cm2
tf=0.965cm
T=25.718cm
Ru=657.70kgf
Columna W8x18 d=20.676cm
kdes=1.60cm
tw=0.584cm
Fy=3515kgf/cm2
tf=0.838cm
Fu=4570kgf/cm2
Diagonal HSS4x4x1/4 Ag=21.74cm2
Fy=3230kgf/cm2
tdes=0.592cm
Fu=4077kgf/cm2
r=3.8643cm
Al igual que en el ejemplo 3.4, para el diseño de la conexión se toma en cuenta la carga sísmica mayorada. Los chequeos de
las conexiones de la diagonal a la cartela y el pandeo de la cartela son similares a los mostrados en el ejemplo 3.4.
Utilice una soldadura de filete de 12.7 cm de largo y 5 mm de espesor para conectar el arriostramiento diagonal a la
plancha y una plancha de 1.27 cm de espesor, como se determinó en el ejemplo 3.4.
DETERMINACIÓN DE LAS FUERZAS DE INTERFACE EN LAS CONEXIONES
Las fuerzas de interface entre cartela-viga y cartela-columna son determinadas utilizando el método de fuerza uniforme. Los
planos de fuerzas uniformes serán ubicados en la línea de los pernos de la columna y la interfaz de cartela/viga. Si suponemos
que el plano de fuerzas uniformes está ubicado en el eje de los pernos de la columna, esto permite que los pernos en la
conexión de la columna sean diseñados solo a corte (sin excentricidad). Sin embargo, esta conveniente suposición para el
diseño de conexiones requiere que el momento correspondiente sea tomado en cuenta al momento de diseñar los miembros.
En este caso, el momento se asignará a la viga.
Se debe apreciar que esta suposición es diferente a la tomada para los casos típicos del método de fuerzas uniformes mostrado
en el manual y no es un requerimiento para este tipo de conexión. En algunos casos se pueden seleccionar puntos de trabajo y
planos de fuerza convenientemente para balancear la economía entre ingeniería, fabricación y montaje.
Asumiendo una geometría de la conexión como se muestra en la figura 3-4. Usando el análisis mostrado en la página 13-10
del manual, tenemos:

59
= =15.5 cm = 6.35 cm=16.7 cm
̅=1 .7 cm
̅=
1
(30.5 cm) 1. 7cm=
=16.5 cm
Debido a que la conexión cartela-viga es más rígida que la conexión cartela-columna, se puede asumir que la viga resiste el
momento generado por la excentricidad entre el centroide real de la cartela y el centroide ideal calculado utilizando el método
de fuerzas uniformes. Entonces:
̅
( )
( ) ( )
√( ) ( )
√( ) ( )
Figura 3-4. Geometría inicial asumida para el ejemplo 3.5
= =
1 .7 cm
41. cm
(907 gf)= 756.3 gf
12.7
305
76
230
897665
12.7
51
64
VIGA W12x26
LC COLUMNA
LC VIGA
HSS 4x4x1/4
DIAGONAL
LC DIAGONAL4 ø3/4”
ASTM A325N
COLUMNA
W8x18
P.T.

60
= =
16.5 cm
41. cm
(907 gf)=35 1.05 gf
= =
15.5 cm
41. cm
(907 gf)=3364.0 gf
= =
14.6 cm
41. cm
(907 gf)=316 .70 gf
= | ̅|=3364.0 |14.6 16.5|=6391.64 gf cm
Estas fuerzas se ven representadas en la figura 3-5 y 3-6.
(a) A TRAVÉS DEL EJE DE LA CONEXIÓN APERNADA
(b) A TRAVÉS DE LA INTERFAZ DE LA CONEXIÓN DE LA CARTELA
Figura 3-5. Diagramas de cuerpo libre del ejemplo 3-5.
ec+63.5 mm
eb+β
Huc
Vub+Rub
Huc
Vuc
LC COLUMNA
P.T.
Vu=Vub+Vuv+Rub
β
α
eb
ec+63.5 mm
Vub
Mub
Hub
Vuc
Huc
Tu
P.T.

61
DISEÑO DE LA SOLDADURA DE CARTELA-A-VIGA
Para acomodar el fondo del ala, el cual se extenderá 1.27 cm más allá de la plancha, la longitud máxima de la soldadura a
través de la interfaz de cartela-a-viga es,
=30.5 cm 1. 7 cm 1 .7 cm 1. 7 cm=17. cm
Asumiendo la soldadura como si fuese una línea,
=
(17. )
6
=5 . cm3
/cm
Las fuerzas a lo largo de la interfaz de cartela-a-viga son,
316 .70
17.
=1 9. 5 gf/cm
3364.0
17.
=1 9 gf/cm
6391.64
5 .
=1 1.05 gf/cm
max √ ( )
=√(1 9. 5 gf/cm) (1 9 gf/cm 1 1.05 gf/cm) 363. 4 gf/cm
Figura 3-6. Fuerzas de interfaz en la conexión para el ejemplo 3.5.
318
230
12.7
LC COLUMNA
LC VIGA
LC DIAGONAL
P.T.
Vuc=2756.32
Huc=3581.05
Vub=3364.02
Hub=3168.7
Mub=6391.64

62
prom=
1
[ max √ ( ) ]
=
1
[363. 4 √(1 9. 5) (1 9 1 1.05) ]
= .16 gf/cm
max
prom
=
363. 4
.16
=1. 9
Ya que max prom 1. 5, no es necesario aplicar el factor de distribución de esfuerzos. Para una discusión sobre el factor de
distribución de esfuerzos, ver el manual parte 13, página 13-11.
Entonces, max=366.7 gf/cm
=
363. 4 gf/cm
(1565.53 gf/cm)
=0.116 cm
Para la deducción del factor de soldadura de filete por corte =1565.53 gf/cm ver la parte 8 del manual.
Alternativamente, se pueden utilizar las tablas de grupos de soldaduras excéntricamente cargadas que se encuentran en la parte
8 del manual.
= ( ) = tan 1
(
3364.0 gf
316 .70 gf
) =46.71
= =
15.5 cm
17. cm
=0. 71
El ángulo tabulado que se encuentra más cercano por debajo del ángulo calculado de la carga es 45°. Interpolando de la tabla
8-4 del manual con θ=45 y utilizando =0,
C= 335.73 kgf/cm
El promedio y máximo valores de esfuerzos de soldadura no son determinados usando este método; entonces, el factor de
distribución de esfuerzos debe ser aplicado a menos que cálculos adicionales establezcan que la relación entre el valor
máximo y el valor promedio de esfuerzos de soldadura sea mayor o igual a 1.25.
=1. 5√ =1. 5√(3364.0 gf) (316 .70 gf) =5776.74 gf
=
ub
CC1l
=
5715.06
0.75(335.73)(1.0)(17. )
=
1. ( 5.4)
16
.03 cm

63
De la tabla J2.4, el espesor mínimo de soldadura para elementos conectados es de 5 milímetros.
Use una soldadura de filete de 5 mm de espesor en ambos lados para conectar la cartela a la viga.
CHEQUEO DE ROTURA DE CARTELA EN LA SOLDADURA DE LA VIGA
Un método conservativo para determinar el espesor mínimo requerido de la cartela para transferir las fuerzas de corte y
tensión es el de colocar la resistencia (basado en la fuerza resultante) de la soldadura igual a la resistencia a corte de rotura de
la cartela. Así, con un solo chequeo se revisan dos criterios, rotura por corte y rotura por tensión.
min=
6959.34
min=
6959.34(0.1171)
4077
=0. cm
1. 7 cm 0. cm, o
CHEQUEO DE CEDENCIA DE LA CARTELA EN LA SOLDADURA DE LA VIGA
Se puede ver que como la cartela cumple con el criterio de espesor mínimo por rotura basado en el tamaño de la soldadura,
también se satisface el criterio de tensión y corte.
CHEQUEO DE CEDENCIA LOCAL DEL ALMA DE LA VIGA
La fuerza de la viga es aplicada a una distancia α del final de la misma. Debido a que α<31 cm:
= ( .5 )
=(3515)(0.5 4 )( .5(1.7 7) 17. )
=45417.47 gf 3111. gf
DISEÑO DE CONEXIÓN CARTELA-A-PLACA
La fuerza resultante en los pernos de la cartela es:
=√
=√( 756.3 gf) (35 1.05 gf)
=451 .9 gf
(Especificación J10-3)

64
De la tabla 7-1 del manual, la resistencia a corte de un perno tipo A325N de diámetro 3/4" es de 7212.12 kgf. Con una cartela
de 1.27 cm de espesor y utilizando la tabla 7-5 del manual, para un espaciamiento de 7.62 cm, la resistencia de la cartela es:
=139 .79 gf/cm (1. 7 cm)=1775 .14 gf/perno
Ambos valores exceden los 4533.95 kgf requeridos, pero son requeridos dos pernos como mínimo. Por inspección, la rotura
por corte no controla.
Utilizar dos pernos tipo ASTM A325N de 3/4" de diámetro para conectar la cartela a la plancha de corte.
DISEÑO DE LA CONEXIÓN VIGA-A-COLUMNA Y PLANCHA
Como fue dado en el ejemplo 3.4, Ru= 655 kgf
= =655 gf 3364.0 gf=4019.0 gf
= =35 1.05 gf
La resultante que será resistida por los pernos es:
=√(4009.76 gf) (3610.6 gf) =5395. gf
La resultante es similar a la mostrada anteriormente para la conexión de la cartela con la plancha por ello se puede utilizar una
conexión similar.
Utilizar dos pernos tipo ASTM A325N de 3/4" de diámetro para conectar la viga a la plancha de corte.
DISEÑO DE LA SOLDADURA ENTRE LA COLUMNA Y LA PLANCHA
La plancha soporta las reacciones de la viga y de la cartela. Las fuerzas en la conexión de la plancha al ala de la columna son:
=
=655 gf 3364.0 gf 756.3 gf
=6775.34 gf
=35 1.05 gf (en ambas conexiones)
= =6775.34 gf(6.35 cm)=430 3.41 gf cm
Las cargas de tensión y compresión se asumen que son resistidas por los segmentos de la plancha extendidos 3.81 cm desde
los pernos externos en cada grupo de pernos, y las fuerzas de corte y momento es asumido que son resistidos por la longitud
completa de la plancha, que es 43.44 cm.

65
= 7.6 cm 7.6 cm
=15.5 cm 1 .7 cm 7.6 cm 7.6 cm
=43.44 cm
Tratando las soldaduras como líneas:
=
6
=
(43.44 cm)
6
=314.51 cm3
/cm
=
6775.34 gf
43.44 cm
=155.97 gf/cm
=
35 1.05 gf
15. 4 cm
= 34.9 gf/cm
=
430 3.41 gf cm
314.51 cm3/cm
=136. gf/cm
=√ ( )
=√(155.97) ( 34.9 136. )
=403.17 gf/cm
403.17 gf/cm
(1565.53 gf/cm)
=0.1 9 cm
Considerando que el espesor del ala de la columna y asumiendo que el espesor de la plancha es similar a la de la cartela, de la
tabla TJ2.4, el espesor mínimo de soldadura es de 5 milímetros.
Utilizando una soldadura tipo filete completa de ambos lados de 5 mm de espesor para conectar la plancha con el ala
de la columna.
DIMENSIONAMIENTO DE LA PLANCHA
Mediante un proceso similar al mostrado para la cartela, se muestra que una plancha de 10 mm de espesor satisface los
requerimientos de soporte de los pernos y corte, como también los límites de fuerzas de la cartela.
Se prueba una plancha de 10 mm de espesor. Para pandeo por compresión de la plancha se asume K=0.65. El radio de giro
para una banda de 1 cm de ancho es:
=
√1
=
10 mm
√1
= . 9 mm

66
=
0.65(10 mm)
. 9 mm
= .49
Ya que Kl/r≤ 5, Fcr = Fy y la resistencia a compresión de la plancha es:
=0.90FyAg=0.90( 530 gf/cm )(1 cm)= 70 gf/cm
= =0.90( 530) [
15. 4(1)
4
] = 675.37 gf cm
= =35 1.05 gf
= =35 1.05 gf (
1 cm 1. 7 cm
) =4064.49 gf cm
Igualmente, que el elemento de la plancha se extienda 3.81 cm desde el borde del perno para resistir la compresión.
=
35 1.05 gf
70 gf/cm (15. 4 cm)
=0.104<0. 0
≤1.0
0.104 4064.49
675.37
=0.51 ≤1.0
Utilizar una plancha de 10 mm de espesor para conectar la viga y la cartela a la columna.
CHEQUEO DEL APLASTAMIENTO DEL ALMA DE LA COLUMNA
0. 0 [1 3 ( ) ( )
1.5
] √
=0. 0(0.5 ) [1 3 (
15. 4
0.676
) (
0.5 4
0. 3
)
1.5
] √
( 03 901.9 )(3515)(0. 3 )
(0.5 4)
=6 399.93 gf
=0.75(6 399.93 gf)=46799.95 gf 35 1.05 gf
Mediante un proceso similar al mostrado en el ejemplo 3.4, se observa que la conexión es adecuada para la carga sísmica
aplicada actuando a compresión.
Se muestra el diseño final y la geometría de la conexión en la figura 3-7.
(Especificación J10-3)

67
Figura 3-7 Conexión diseñada en ejemplo 3.5
12.7
305
77
230
897764
12.7
5 mm
P.T.
LC COLUMNA
5 mm
LC VIGA
5 mm
5 mm
LC DIAGONAL
DIAGONAL
HSS 4x4x1/4
5 mm
5 mm 5
5
TIP.
4ø3/4”ASTM
A325N
51
64
VIGA W12x26
COLUMNA
W8x18
PL 10 mm
PL 10 mm

68
EJEMPLO 3.6 DISEÑO DE ARRIOSTRAMIENTO TUBULAR EN PÓRTICO ARRIOSTRADO
CONCÉNTRICAMENTE DE ALTA DUCTILIDAD
Referido al arriostramiento BR-1 en la figura 3-9. Seleccione un perfil circular ASTM A53 (Fy = 2460 kg/cm2
, Fu = 4640
kg/cm2
), para resistir las siguientes cargas axiales.
Material:
26
/101,2 cmkgxE  2
/2460 cmkgFy  2
/4640 cmkgFu 
Cargas sísmicas:
Figura 3-9 Pórtico con arriostramientos concéntricos
Considerar los arriostramientos articulados en sus extremos.
Del análisis estructural se obtienen las siguientes reacciones en el arriostramiento (Br-1):
(ASCE-7-10) 2.3 (+) Compresión
La longitud no arriostrada es la siguiente:
mL 70,53,475,3 22

Se probará con un perfil de 10” SCH.60:
mmD 273 mme 8,11 2
92,96 cmA  cmr 24,9
Estado de Carga Carga Axial (Ton)
Permanente (CP) 13
Variable (CV) 8,6
Sismo (S) 92,5
Combinación Carga axial (Ton)
1.4CP 18.2
1.2CP + 1.6CV 29.36
1.2CP + CV + S 102.3
1.2CP + CV - S -68.3
0.9CP + S 104.2
0.9CP - S -80.8

69
CHEQUEO DE PANDEO LOCAL (RELACIONES ANCHO/ESPESOR):
13,23
8,11
273

mm
mm
e
D
 43,32
/2460
/2100000
038,0038,0 2
2

cmkg
cmkg
F
E
y
hd
hd  La sección cumple con el requisito de miembro de alta ductilidad, exigido para diagonales en pórticos arriostrados
concéntricamente con ND3. (AISC 341-10, Apartado F.2.5a)
CHEQUEO DE ESBELTEZ:
  7,61
24,9
5701

cm
cm
r
kL
La esbeltez es menor a 200. (AISC 341-10, Apartado E.2.5b)
DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN:
Puesto que la sección es compacta, la resistencia vendrá dada por “Pandeo flexional de miembros sin elementos esbeltos”
(AISC 360-10, Apartado E3.
6,137
/2460
/2100000
71,471,47,61 2
2

cmkg
cmkg
F
E
r
kL
y
gcrn AFP 
y
F
F
cr FF e
y








 658,0
  22
2
2
2
4,5444
7,61 cm
kgE
r
KL
E
Fe 








22
5444
2460
20365444658,0
cm
kg
cm
kg
Fcr 






   ToncmcmkgPnc 6,17792,96/203690,0 22

TonPP unc 3,102
DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A TRACCIÓN:
   ToncmkgcmFAP ygtnt 6,214/246092,9690,0 22

TonPP unt 8,80
El perfil circular de 10” SCH60 cumple.

70
EJEMPLO 3.7 DISEÑO DE ARRIOSTRAMIENTO (PERFIL W) EN PÓRTICO ARRIOSTRADO
CONCÉNTRICAMENTE DE ALTA DUCTILIDAD
Referido al arriostramiento BR-1 en la figura 3-9. Seleccione un perfil W ASTM A992 (Fy = 3515 kg/cm2
, Fu = 4570
kg/cm2
) con una altura nominal total de 14” para resistir las cargas indicadas en el ejemplo 3.6:
Material:
26
/101,2 cmkgxE  2
/3515 cmkgFy  2
/4570 cmkgFu 
TonPu 3,102 TonTu 8,80
Se probará un perfil W14x48
2
0,92 cmA  cmrx 9,14 cmry 82,4
Alas:
75,6
1,152
204
2

mmx
mm
t
b
f
f
 33,7
/3515
/2100000
30,030,0 2
2

cmkg
cmkg
F
E
y
hd
hd 
Alma:
0,37
64,8
152350



mm
x
t
h
w

  4,4893,2
/3515
/2100000
77,093,277,0 2
2










yc
u
a
y
hd
P
P
cmkg
cmkg
C
F
E


La sección cumple con el requisito de miembro de alta ductilidad para alas y alma, exigido para diagonales en pórticos
arriostrados concéntricamente con ND3. (AISC 341-10, Apartado F.2.5a)

71
  2,118
82,4
5701

cm
cm
r
kL
y
La esbeltez es menor a 200. (AISC 341-10, Apartado F.2.5b)
  22
2
2
2
05,1482
2,118 cm
kgE
r
KL
E
Fe 








22
1482
3515
13023515658,0
cm
kg
cm
kg
Fcr 






   ToncmcmkgPnc 8,1070,92/130290,0 22
 TonPP unc 3,102

72
EJEMPLO 3.8 DISEÑO DE COLUMNA EN PÓRTICO ARRIOSTRADO CONCÉNTRICAMENTE
DE ALTA DUCTILIDAD
Seleccione un perfil W ASTM A992 para la columna C-1 para resistir las siguientes cargas axiales actuantes entre la base y el
1er piso:
Material:
26
/101,2 cmkgxE  2
/3515 cmkgFy  2
/4570 cmkgFu 
Del análisis estructural se obtuvieron las siguientes reacciones en la columna C-1:
(+) Compresión
Se probará con un perfil W14x132
2
250cmA  cmrx 0,16 cmry 55,9
14,7
2,262
374
2

mmx
mm
t
b
f
f
 33,7
/3515
/2100000
30,030,0 2
2

cmkg
cmkg
F
E
y
hd
hd 
50,19
4,16
2,262372



mm
x
t
h
w

  9,4993,2
/3515
/2100000
77,093,277,0 2
2










yc
u
a
y
hd
P
P
cmkg
cmkg
C
F
E

 hd 
Estado de Carga Carga Axial (Ton)
Permanente (CP) 61
Variable (CV) 15.5
Sismo (S) +125
Nieve (N) 3.2
1.4CP 85.4
1.2CP + 1.6CV + 0.5N 99.6
1.2CP + CV + 1.6N 93.82
1.2CP + CV + 0.2N + S 214.34
1.2CP + CV + 0.2N - S -35.66
0.9CP + S 179.9
0.9CP - S -70.1

73
La sección cumple con el requisito de miembro de alta ductilidad para alas y alma, exigido para columnas en pórticos
arriostrados concéntricamente con ND3. (AISC 341-10, Apartado F.2.5a)
  0,45
55,9
4301

cm
cm
r
kL
y
La esbeltez es menor a 200. (AISC 341-10, Apartado F.2.5b)
  22
2
2
2
2,10223
0,45 cm
kgE
r
KL
E
Fe 








22
10223
3515
30433515658,0
cm
kg
cm
kg
Fcr 






   ToncmcmkgPnc 8,6840,250/304390,0 22
 TonPP unc 3,214
DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A TRACCIÓN:
   ToncmkgcmFAP ygtnt 8,790/351525090,0 22
 
TonPP unt 1,70
El perfil W14x132 cumple.

74
EJEMPLO 3.9 DISEÑO DE VIGA EN PÓRTICO ARRIOSTRADO CONCÉNTRICAMENTE DE
ALTA DUCTILIDAD
Seleccione un perfil W ASTM A99 con una altura máxima de 36” para la viga BM-1.
Material:
26
/101,2 cmkgxE  2
/3515 cmkgFy  2
/4570 cmkgFu 
Se asumirán arriostramientos con sección circular ɸ10” SCH60 ASTM A53 como se determinó en el ejemplo 3.6
mmD 273 mme 8,11 2
92,96 cmA  cmr 24,9
Casos de análisis (AISC 341-10, Apartado F2.3):
- Todos los arriostramientos actuando en su correspondiente resistencia esperada en tracción o compresión.
- Los arriostramientos a tracción actuando en su correspondiente resistencia esperada y los arriostramientos a
compresión actuando a su resistencia post-pandeo.
Se tomará el segundo caso.
La tracción en los arriostramientos será:
gyyt AFRP 
   ToncmcmkgPt 5,38192,96/24606,1 22


75
La resistencia a compresión será menor o igual al siguiente valor:
   ToncmkgcmFAPnP crgc 2,59/203692,963,03,03,0 22

mTonmTonMS  4,4554/)50,7(9,242
La suma de las componentes horizontales se trasmitirá como fuerza axial a la viga, con la suma de las componentes verticales
se calculará el momento y el corte por acciones sísmicas actuantes en la viga.
Usando la carga permanente de 300 kg/m, la carga variable de 165 kg/m y asumiendo un peso propio de viga de 500 kg/m.
Asumiendo además una viga simplemente apoyada (Mu=wL2
/8), los momentos actuantes serán los siguientes:
Se probará un perfil W27x336.
2
1,638 cmA  cmrx 7,30 cmry 8,8
4
607698cmIx  3
15928cmSx  3
18517cmZx 
Fuerza x y
381.5 250.7 287.5
59.2 38.9 -44.6
Σ = 289.7 242.9
Componente
Estado de Carga Momento (Ton-m)
Permanente (CP) 19.77
Variable (CV) 14.1
Sismo (S) +455.4
1.4CP 27.678
1.2CP + 1.6CV 46.284
1.2CP + CV + S 493.224
0.9CP + S 473.193

76
La viga debe ser moderadamente dúctil (AISC 341-10, Apartado F5.3):
Alas:
22,3
2,572
368
2

mmx
mm
t
b
f
f
 3,9
/3515
/2100000
30,038,0 2
2

cmkg
cmkg
F
E
y
hd
hd 
Alma:
3,20
8,31
2,572762



mm
x
t
h
w

125,0aC
  4,7393,2
/3515
/2100000
76,375,2176,3 2
2










yc
u
a
y
hd
P
P
cmkg
cmkg
C
F
E


La sección cumple con el requisito de miembro de moderada ductilidad para alas y alma, exigido para vigas en pórticos
arriostrados concéntricamente con ND3.
DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A FLEXIÓN:
Debido a que el perfil es compacto, los posibles estados de falla serán cedencia (Y) o pandeo lateral torsional (LTB), esto
dependerá de Lb. (AISC 360-10, Tabla F1.1)
Longitud no arriostrada:
cmLb 375
  cmcm
F
E
rL
y
yp 56,378
3515
2100000
8,876,176,1 
pb LL  yxpn FZMM  (AISC 360-10, Apartado F2.2)
   mToncmkgcmMn .78,5871000/100//3515185179,0 23

  61,42
8,8
3751

cm
cm
r
kL
y

77
  22
2
2
2
6,11413
61,42 cm
kgE
r
KL
E
Fe 








22
11413
3515
9,30893515658,0
cm
kg
cm
kg
Fcr 






   ToncmcmkgPnc 5,17741,638/9,308990,0 22

CHEQUEO DE RESISTENCIA ANTE FUERZAS COMBINADAS:
2,008,0
5,1774
2/7,289

n
u
P
P

0,1
2










ny
uy
nx
ux
n
u
M
M
M
M
P
P

(AISC 360-10, Apartado H1.1)
 
0,185,0
0
8,587
2,473
5,17742
2/7,289










nyM
El perfil W27x336 cumple para la viga en estudio.

78
EJEMPLO 3.10. DISEÑO DE CONEXIÓN ARRIOSTRAMIENTO-VIGA SCBF
Dada la unión J-1 de la Figura 3-9. Diseñe la conexión entre los arriostramientos y la viga. Utilice una plancha de conexión
concéntrica soldada los arriostramientos ASTM A36 ( ⁄⁄ ) y electrodos E70xx
( ⁄ ) para unir los arriostramientos a la viga. Asumir que los arriostramientos son tubos de acero de 10” Std
ASTM A53 ( ⁄⁄ ) y la viga es un perfil W18x50 ASTM A992,
( ⁄⁄ ). El código de construcción aplicable especifica el uso de ASCE 7 para el
cálculo de las cargas. Según ASCE 7 la categoría sísmica es C:
Tubo 10” Std
D= 7,43 cm
W18x50
DETERMINE LA RESISTENCIA A TRACCIÓN ESPERADA EN EL ARRIOSTRAMIENTO
Por las especificaciones sísmica apartado 13.3a, la conexión del arriostramiento debe ser diseñada para desarrollar la
resistencia de cedencia a tensión esperada. De las especificaciones sísmicas Tabla I-6.1,
R 1, . Por lo tanto la resistencia requerida a tensión de la conexión es:
Tu= yFyAg=1,6(2 0 cm2⁄ )(71,61 cm )= 1. 56,96 gf
DISEÑO DE LA SOLDADURA ENTRE EL ARRIOSTRAMIENTO Y LA PLANCHA DE CONEXIÓN
El espesor máximo que puede ser desarrollado por el arriostramiento puede ser determinado igualando la resistencia de la
soldadura con la resistencia ultima a corte de la pared del tubo. Como lo indicado en el Manual Apartado 9, página 9-5,
√
⁄
⁄ ( )
⁄
Utilizando cuatro (4) cordones de soldaduras tipo filete de 0,95 cm (9,5 mm) de espesor, para conectar los arriostramientos
con la plancha de conexión.

79
La longitud mínima para las cuatro soldaduras filete es:
(
√
)
1. 56,96 gf
(( ) ( ⁄ )
√
)
1. 56,96 gf
( ⁄ )
Utilizar cuatro (4) cordones de soldaduras tipo filete de 9,5 mm de espesor y 48 cm de longitud, para conectar los
arriostramientos con la plancha de conexión.
El espesor mínimo de la plancha de conexión para desarrollar la fuerza entregada por la soldadura es:
( )
1. 56,96 gf
( ) ( ⁄ )
Sin embargo, la plancha de conexión podrá requerir mayor espesor por el criterio del pandeo (A ser chequeado más adelante).
Intentar entonces con una plancha de conexión de 3,175 cm (1 ¼”).
CHEQUEO DEL ARRASTRE CORTANTE EN EL ARRIOSTRAMIENTO
Según las especificaciones sísmicas apartado 13.2b y apartado 6.2,
tFuAe yFyAg
(Tabla I-6.1)
0,75(1, )(4 15 gf cm⁄ )Ae 1. 56,96 gf
Ae req d
Como Ae re d A , se requiere refuerzo de la sección neta. Existen varias formas en la cual la sección neta puede ser reforzada.
Incluyendo, pero no son limitante, pernos, barras, planchas, perfiles laminados, etc.
Utilizar el ancho de la ranura en el tubo de arriostramiento para permitir 0,15 6 cm (1/16”) de separación entre la pared de la
tubería y la plancha, en cada lado de la plancha. El área neta de la tubería sola es:

80
Ae An (Especificación D.3-1)
An Ag ( )
An 71,61 ( )
An 65,57
Debido a que ,
Ae 65,57 ( )
Ae 65,57
El área de refuerzo requerida para esta excentricidad es:
Aecp An 65,57
Sin embargo, la incorporación de unas planchas de refuerzo en el arriostramiento reducirá U por debajo de 1,0, entonces
deberá utilizarse una mayor área de refuerzo para tomar en cuenta esto. Intentar reforzar la sección neta en dos cuartos de la
sección de la tubería 10” STD tal como se muestra en la Figura 3-11.
r1
r
La distancia al centro de gravedad del círculo parcial puede calcularse como:
̅
( )
Donde es medido en radianes, tal como se muestra en la figura 3-11, Sabiendo que 45°=0,785 rad y 83°= 1,45 rad,
̅ [
( )
]
̅ [
( )
]
Determinando ̅ para la sección transversal compuesta
Región
̅
cm
A
cm2
̅A
cm3
Tubo 33,032 300,3
Plancha de Refuerzo 17,871 227,8
∑
50,903 528,1

81
̅
∑(̅ )
∑
̅
Ae An ( )( )
Pn t Ae (Especificación D.3-1)
Pn
( )( gf cm⁄ )( ) gf 1. 56,96 gf OK
Utilizar 2 cuartos de sección de Tubo 10” Std como plancha de refuerzo en cada lado del arriostramiento.
Figura 3-11. Sección transversal del Arriostramiento en la sección neta para Ejemplo 3.10
DISEÑO DE LAS SOLDADURA DE LAS PLANCHAS DE REFUERZO AL ARRIOSTRAMIENTO
Según el apartado J.2.2b, el espesor máximo de la soldadura de filete es (t-0,15875 cm).
Por lo tanto:
Utilizando un espesor de 0,635 cm (1/4”) de soldadura de filete, la mínima longitud requerida para desarrollar la resistencia
ruptura de la plancha de refuerzo es:
tFuAn
(
√
)
0,75(1, )(4. 15 gf cm⁄ )( )
(( ) ( ⁄ )
√
)

82
Utilizar soldaduras tipo filete de 6,35 mm de espesor y Long. 38 cm en cada lado de la sección neta, para conectar la
plancha de refuerzo a los arriostramientos.
CÁLCULO DE LAS FUERZAS EN LA CONEXIÓN
La conexión debe ser diseñada asumiendo la resistencia a tracción esperada y la resistencia nominal a compresión esperada de
los arriostramientos basada en la longitud efectiva de los mismos. Según se muestra en la Figura 3-12, esta longitud es 369
cm. La resistencia a tracción esperada ha sido determinada. Asumiendo K=1,0, la resistencia nominal de los arriostramientos
puede ser determinada como:
( )
√ √
gf cm⁄
gf cm⁄
( )
( gf cm⁄ )
( )
gf cm⁄
[ ]
[ ] gf cm⁄ gf cm⁄
Multiplicando 1,1 la resistencia a compresión:
1,1
( )( cm2⁄ )( cm2)
Asumir inicialmente la geometría de la conexión según se muestra en Figura 3-13.

83
Figura 3-12. SCBF Elevación Parcial para Ejemplo 3.10
DETERMINACIÓN DE LAS FUERZAS EN LA INTERFACE ENTRE LA PLANCHA DE CONEXIÓN Y LA VIGA
Basado en el esquema de cargas mostradas en la figura 3-13, la fuerza cortante en la interface de la plancha de conexión con el
ala de la viga es:
( )
√
La fuerza a tracción es:
( )
√
Y el momento es:
( ) ( )

84
Figura 3-13. Geometría Inicial de la conexión para Ejemplo 3.10
DISEÑO DE LA SOLDADURA EN LA INTERFACE ENTRE LA PLANCHA DE CONEXIÓN Y LA VIGA
De la figura 3-13, la longitud de la plancha de conexión es 177 cm. Tratando a las soldaduras como líneas:
( )
⁄
⁄
⁄
⁄
√ ( )
√( ⁄ ) ( ⁄ ⁄ )
⁄

85
[√( ) √( ) ]
[
√( ⁄ ⁄ ) ( ⁄ )
√( ⁄ ⁄ ) ( ⁄ )
]
⁄
⁄
⁄
Por lo tanto, ( ⁄ )
El espesor mínimo de soldadura de filete a ambos lados es:
( ⁄ )
Alternativamente, la Tabla de Grupo de Soldaduras Cargadas Excéntricamente encontradas en el Manual de la AISC puede
ser utilizada. El ángulo de carga con respecto al eje longitudinal del grupo de soldadura es:
( ) ( )
El ángulo tabulado que es cercano, pero menor que el ángulo de carga calculado es 0°. Interpolando en la Tabla 8-4 del
Manual de la AISC con y utilizando
La tensión pico y promedio de la soldadura no son determinadas cuando se utiliza este método; por lo tanto, el factor de
distribución de la tensión de la soldadura debe ser aplicado al menos que cálculos adicionales establezcan que la relación entre
la tensión de la soldadura pico-promedio es mayor o igual a 1,25. El cálculo previo ilustra que la relación de la tensión de la
soldadura pico-promedio es menor que 1,25.
√ √( ) ( )
( )
( )( )( )
Utilizar dos (2) cordones de soldadura a longitud completa de 1,00 cm de espesor para conectar la plancha de conexión
a la viga.

86
CHEQUEO DEL PANDEO A COMPRESIÓN EN LA PLANCHA DE CONEXIÓN.
Según las Provisiones Sísmicas Apartado 13.3c, la plancha de conexión debe tener un esfuerzo de diseño mayor o igual a
veces el esfuerzo nominal a compresión del arriostramiento. Este fue determinado previamente como
.
Para una plancha de conexión de 3,175 cm:
√
La plancha de conexión esta detallada de acuerdo a los comentarios de las Provisiones Sísmicas Apartado C13.1, la cual
resulta en una configuración empotrada-empotrada con pandeo lateral. Con K=1,2 y la longitud promedio de pandeo igual a
48,01 cm:
( )
De la tabla 4-22 del Manual de la AISC:
⁄
El sobreancho es:
( )
⁄ ( )( )
Alternativamente, la Tabla 1-7 del Manual de la AISC puede ser utilizada. La longitud efectiva de la plancha de conexión a
compresión es:
( )
Interpolando en la Tabla 1-7 del Manual de la AISC para una plancha de conexión de 3,175 cm con , el
esfuerzo por pandeo a compresión de la plancha de conexión es:
⁄ ( )

87
CHEQUEO DE LA CEDENCIA A TRACCIÓN EN LA PLANCHA DE CONEXIÓN.
( ⁄ )( )( )
Utilizar una plancha de conexión de ( ) de espesor.
CHEQUEO DE LA CEDENCIA LOCAL DEL ALMA DE LA VIGA.
La carga máxima a compresión por unidad de longitud en la plancha de conexión es:
⁄ ⁄ ⁄
La carga máxima a tracción por unidad de longitud en la plancha de conexión es:
⁄ ⁄ ⁄
La longitud de la plancha de conexión sujeta a tensión a tracción es:
( ) ( )
(
⁄
⁄ ⁄
) ( )
La fuerza resultante a tracción es:
( )( ⁄ )
Con la fuerza a tracción aplicada desde el extremo de la viga:
( ) (Especificaciones J10-2)
[ ( ) ]( ⁄ )( )
OK
Notar que un chequeo rápido pudo haberse realizado comparando la tensión a tracción de diseño de la plancha de conexión
por unidad de longitud con la carga a tracción pico por unidad de longitud_:

88
( ⁄ )( )
⁄ ⁄
Un chequeo similar para la fuerza a compresión muestra que la tensión de diseño es mayor que la tensión requerida.
CHEQUEO DEL DESGARRAMIENTO EN EL ALMA DE LA VIGA.
La fuerza resultante a compresión es:
( ) ( )( ⁄ )
Con la fuerza a compresión aplicada ⁄ desde el extremo de la viga:
[ ( ) ( ) ] √ (Especificaciones J10-4)
( )
( ) [ ( ) ( ) ] √
( )( )( )
( )
( )
Para las configuraciones de los arriostramientos tipo V y V invertida, el apartado 13.4a de las Provisiones Sísmicas, también
solicita que se evalúe la combinación de la tensión a tracción esperada de los arriostramientos a tracción ( ) con
el 30% de la tensión nominal a compresión de los arriostramientos a compresión ( ) en la intersección entre la
vigas y los arriostramientos. Con cálculos similares, se puede demostrar que la conexión seleccionada es también adecuada
para este caso de carga.
CHEQUEO DEL PANDEO EN EL EXTREMO LIBRE DE LA PLANCHA DE CONEXIÓN
Para prevenir el pandeo lateral de la plancha de conexión la máxima longitud del extremo libre es:
√ (Astaneh, 1998)

89
( ) √
⁄
⁄
De la figura 3-13, la longitud del extremo libre entre el arriostramiento y la viga es:
De la figura 3-13, asumiendo que la plancha de conexión es horizontal entre los arriostramientos, la longitud del extremo libre
entre arriostramientos es 168 cm. Esto es mucho mayor que la máxima longitud, por lo tanto la plancha de conexión necesita
ser rigidizada. Asumiendo que la plancha de conexión es como se muestra en la figura y utilizando un par simple de
rigidizadores verticales en el centro de la plancha de conexión, la longitud del extremo libre es:
( )
[ ( )]
Probar con un par de rigidizadores en el punto de intersección de la línea eje. La longitud del extremo libre de la plancha de
conexión es:
Utilizar un par de planchas rigidizadores en cada lado de la plancha de conexión y en el alma de la viga.
La geometría y el diseño de la conexión final se muestran en la figura 3-14.

90
Figura 3-14. Diseño Final de la Conexión para Ejemplo 3.10

91
EJEMPLO 3.11. SCBF DISEÑO DEL ARRIOSTRAMIENTO PARA LA CONEXIÓN VIGA/
COLUMNA
Para la referencia de la junta J-2 de la figura 3.9 Diseñe la conexión entre arriostramiento, viga y columna. Utilice ASTM A36
para las cartelas soldadas a los arriostramientos concéntricos, electrodos de 70 Ksi para conectar el arriostramiento
concéntrico con las cartelas de refuerzo, las cartelas de refuerzo a la viga y la columna. Asumir que los arriostramientos son
ASTM A53 (Fy = 3515 kgf/cm2
, Fu = 4570 kgf/cm2
) de secciones de tubería de acero de 10” Std, la viga es ASTM A99 de
ala ancha W18x86 y la columna es como se ha diseñado en el ejemplo 3.8. El código de construcción aplicable especifica el
uso de ASCE 7 para el cálculo de cargas
Figura 3-9. SCBF elevación del pórtico
A partir de ASCE 7, se tiene que la Categoría de Diseño Sísmico es C,
( )
Para un tubo 10” Std: Ag = 71,60 cm2
, tnom = 0,93 cm, D = 27.40 cm, r = 9,35 cm
FXR=49890 Kgf
FX4=36740 Kgf
7,60 m
Techo
3,80m
Cuarto
3,80m3,80m
Tercero
Segundo
Base
4,25m
FX3=25400 Kgf
FX2=10880 Kgf
Empalme de columna
a 1.20 m por encima
del nivel de piso
(típico).

92
Para W18x86: d = 46,73 cm, tw = 1,21 cm, tf = 1,96 cm, kdes = 2,97 cm
Para W14x32: d = 37,34 cm, tw = 1,64 cm, tf = 2,62 cm, kdes = 4,14 cm
Solución: Asumiendo la geometría de la conexión y la fuerza en los miembros como se indica en la figura 3-15.
DETERMINANDO LA RESISTENCIA A LA TRACCIÓN ESPERADA DEL ARRIOSTRAMIENTO:
Partiendo del ejemplo 3.10 la resistencia requerida de la conexión del arriostramiento es:
DETERMINANDO LA RESISTENCIA MÁXIMA A COMPRESIÓN DEL ARRIOSTRAMIENTO:
Partiendo del ejemplo 3.10 la resistencia requerida de la conexión del arriostramiento es:
DISEÑO DE LA CONEXIÓN DE REFUERZO AL ARRIOSTRAMIENTO:
Dado que la resistencia requerida de la conexión entre el arriostramiento y la placa de refuerzo es la misma que en el ejemplo
3.10 se puede utilizar una conexión similar.
DISEÑO DE LA CARTELA:
Como se muestra en la figura 3-15 la longitud de refuerzo promedio no arriostrada es menor que la utilizada en el ejemplo
3.10. Por lo tanto, puede ser posible utilizar una cartela más delgada en este extremo del arriostramiento. Sin embargo, con el
fin de permitir anchos de ranura iguales en cada extremo del arriostramiento, se utilizara el mismo espesor para las placas de
refuerzo en cada extremo del arriostramiento.
Se utilizara una cartela de 11/4”
(31,75 mm) de espesor.
DETERMINACIÓN DE LAS FUERZAS EN LA INTERCONEXIÓN:
En un corte de 2,50 cm x 2.50 cm en la esquina de la cartela, las fuerzas en la cartela a la viga y el refuerzo con la
interconexión de la columna se determinaron utilizando la geometría como se muestra en la figura 3-15, suponiendo que no
hay momento en la columna.

93
Figura 3-15. Geometría inicial de la conexión.
α
La carga de gravedad factorizada en la viga es:
( )
( ) ( ) ( ) ( )
Esta reacción tiene una excentricidad igual a 99 cm con respecto al eje de la columna. El corte total en la cara de la columna
es:
( )
√
El momento en la cara de la columna es:
( ) (
√
) ( )
( ) ( )
PD=5443 Kgf
PL=4082 Kgf
PQE=3628 Kgf
PD=8164 Kgf
PL=4989 Kgf
PQE=± 78017 Kgf
60cm
68 cm
60cm
6,35 cm TIP
4.75 cm
PD=8164 Kgf
PL=4989 Kgf
PQE=± 61235 Kgf
PQE=±8164 Kgf

94
El brazo para el momento resistente al momento aplicado es la distancia entre los centroides de las cartelas a la interconexión
de la columna. Esa distancia es:
( )
El corte vertical puede ser distribuido proporcionalmente en el área de corte de las cartelas y la viga. El área de refuerzo es:
(( ) ) ( )
El área del alma de la viga es:
( )
La porción de fuerza cortante en cada columna tomada por cada cartela es:
( )
( )
Y la porción tomada por la viga es:
( )
Para la cartela en el arriostramiento a compresión:
(
√
) (
√
)
(
√
) (
√
)
El brazo del momento para la componente vertical de la fuerza en el arriostramiento es la distancia desde el centroide del
refuerzo de la conexión a la intercepción del centerline del arriostramiento con el refuerzo de la interconexión de la viga. La
distancia es:
Sumando momentos con respecto al centro de la cartela de la conexión de la viga y el arriostramiento a compresión:
(
√
) (( ) )
(( ) ) (( ) )
Para el refuerzo del arriostramiento en tensión:

95
(
√
) (
√
)
(
√
) (
√
)
Sumando momentos con respecto al centro de la cartela de la conexión de la viga y el arriostramiento a tensión:
(
√
) (( ) )
(( ) ) (( ) )
La transferencia de fuerza axial de la viga a la columna en el ancho de la conexión es:
( )
Las fuerzas que actúan en la interconexión se muestran en la figura 3-16. Tenga en cuenta que existe un desequilibrio
insignificante de momento en el tramo de la viga mostrada en la figura 3-16. El desequilibrio resultante se da porque todo el
momento en la cara de la columna es asignado a la fuerza Huc sobre los refuerzos superiores e inferiores.
VuB=23175 Kgf
=35,5 cm
=32,5cm
HuB=142220 Kgf
286200 Kgf
Huc=60153 Kgf
Vuc=179198 Kgf
MuB=20935 Kgf-m
RuB=53102 Kgf
HB=16328 Kgf

96
Figura 3-16. Fuerzas que actúan en la interconexión.
DISEÑO DE LA SOLDADURA EN LA INTERCONEXIÓN DEL REFUERZO DE LA COLUMNA:
De la figura 3-15 la longitud de la cartela menos 2,50 cm de la esquina es 60 cm. La magnitud de las fuerzas es la misma en la
cartela a la interconexión de la columna, tanto para el arriostramiento de compresión y el arriostramiento de tensión. Las
fuerzas sobre el refuerzo por unidad de longitud es:
Porque fb=0,
√ √( ) ( )
( )
El tamaño mínimo de la soldadura de filete en ambos lados es,
( )
Alternativamente, las tablas cargas excéntricas para grupo de soldadura que se encuentran en el manual pueden ser utilizadas.
El ángulo de carga con respecto al eje longitudinal del grupo de soldadura es,
( ) ( )
El ángulo tabulado más cercano pero menor que el ángulo de carga calculado es 15. El momento en la cara de la columna ha
sido resuelto en un par y se incluye en Huc, a=0. Con el uso de la tabla 8-4 del manual, con θ=15 y el uso de k=0.
282100 Kgf
Huc=60153 Kgf
Vuc=179198 Kgf
MuB=21827 Kgf-m
VuB=20276 Kgf
=35,5 cm
=32,5cm
HuB=139321 Kgf

97
El promedio y el máximo de las tensiones de soldadura no se determinan utilizando este método; Por lo tanto, el factor de
distribución de la tensión de soldadura debe ser aplicado al menos que los cálculos adicionales establecen que la relación del
máximo y promedio de soldaduras sea mayor o igual a 1,25.
√ √( ) ( )
( )
(( ) )
Se requiere usar soldadura de doble filete de 13 mm en su longitud total para conectar las cartelas a la columna.
CHEQUEO DEL ESFUERZO DE SOLDADURA A LA CARTELA:
El mínimo espesor de cartela requerido para desarrollar la soldadura es,
( )
( )
CHEQUEO DE LA CEDENCIA DE LA CARTELA:
La resistencia de cedencia a corte de la cartela es,
( ) ( ) (( ) )
Ya es mayor que fa y fv por lo que el espesor de refuerzo es adecuado.
CHEQUEO DE LA CEDENCIA EN EL ALMA DE LA COLUMNA:
( ) ( )

98
CHEQUEO DEL DESGARRAMIENTO DEL ALMA EN LA COLUMNA:
Con la fuerza de compresión usada ⁄ , aplicada desde el extremo de la columna y ,
[ ( ) ( ) ] √
( ) [ ( ) ( ) ] √
( )
DISEÑO DE LA SOLDADURA EN LA INTERCONEXIÓN DEL REFUERZO DE COMPRESIÓN Y LA VIGA:
De la figura 3-15, la longitud de la cartela sin considerar los 2,50 cm del borde de la placa es de 65,78 cm, considerando la
línea de soldadura.
( )
( )
√ ( )
√( ) ( )
[√( ) √( ) ]
[√( ) ( )
√( ) ( ) ]

99
Por lo tanto,
( )
El mínimo tamaño de soldadura de filete en ambos lados es,
( )
Alternativamente se puede usar el grupo de tablas para soldaduras con cargas excéntricas que se encuentran en el manual. El
ángulo de la carga con respecto al eje del grupo de soldadura es,
( ) ( )
La excentricidad de requerida para producir es,
El ángulo tabulado más cercano pero menor que el ángulo de carga calculado es 0. Interpolando con la tabla 8-4 del manual,
con θ=0 y el uso de k=0.
√
√( ) ( )
( )
(( ) )
Se requiere usar dos soldaduras de 16 mm.
CHEQUEO DE CEDENCIA EN EL ALMA DE LA VIGA:
( ) ( )

100
CHEQUEO DEL ALMA DE LA VIGA AL DESGARRAMIENTO:
El máximo esfuerzo debido al momento es [ ( ⁄ )⁄ ] asumiendo una distribución de esfuerzo plástico.
Conservadoramente se descarta la distribución media de tensión que actúa en la dirección opuesta, y teniendo la fuerza total
en el centro de la longitud de apoyo, la fuerza de compresión resultante es,
( ⁄ )
( )
Con la fuerza de compresión aplicada ⁄ , desde el extremo de la viga,
⁄ ⁄
[ ( ) ( ) ] √
( ) [ ( ) ( ) ] √
( )
DISEÑO LA SOLDADURA EN LA INTERCONEXIÓN DE VIGA Y EL REFUERZO DE TENSIÓN:
De la figura 3-15, la longitud de la cartela sin considerar los 2,50 cm del borde de la placa es de 65,78 cm, considerando la
línea de soldadura.
( )
( )
√ ( )
√( ) ( )

101
[√( ) √( ) ]
[√( ) ( )
√( ) ( ) ]
Por lo tanto,
( )
El mínimo tamaño de soldadura de filete en ambos lados es,
( )
( ) ( )
La excentricidad de requerida para producir es,
El ángulo tabulado más cercano pero menor que el ángulo de carga calculado es 0. Interpolando con la tabla 8-4 del manual,
con θ=0 y el uso de k=0.
√
√( ) ( )

102
( )
(( ) )
Dado que la carga podría ser de sentido contrario al que se muestra en la figura 3-16 el máximo tamaño de soldadura
necesario para el refuerzo de la viga es el máximo tamaño determinado para las fuerzas de compresión y tracción del
arriostramiento.
Usar soldadura de filete doble de 16 mm de espesor en toda la longitud para conectar la cartela con la viga.
CHEQUEO DE CEDENCIA EN EL ALMA DE LA VIGA:
( ) ( )
CHEQUEO DEL ALMA DE LA VIGA AL DESGARRAMIENTO:
La fuerza de compresión resultante es,
( )
( )
CHEQUEO DE LA CONEXIÓN APERNADA VIGA/ COLUMNA:
Usando 38,1 cm del alma de la viga,
√
√( ) ( )
El espesor mínimo de la doble soldadura de filete es,
( )

103
( ) ( )
El ángulo tabulado más cercano pero menor que el ángulo de carga calculado es 15. El momento en la cara de la columna ha
sido resuelto en un par y se incluye en Huc, a=0. Con el uso de la tabla 8-4 del manual, con θ=15 y el uso de k=0.
√ √( ) ( )
( )
(( ) )
Se requiere usar soldadura de e filete de 6 mm a cada lado del alma de la viga en su longitud total para conectar la viga
apernada con la columna.
CHEQUEO DE LA SOLDADURA EN EL ALMA DE LA VIGA:
El espesor mínimo requerido para desarrollar la soldadura es,
( ) ( )
El diseño final de la conexión y su geometría puede verse en la figura 3-17, similar corte del arriostramiento puede verse en la
figura 3-11

104
Figura 3-17 Diseño de la conexión del ejemplo 3.11
Pl para cubierta lateral del
tubo de 10”. Ancho igual a
¼ de la circunferencia del
tubo. Tip.
60cm
68 cm
60cm 6,35 cm TIP
9
+Sep
6
6
6
6
13
13

105
EJEMPLO 3.12. PÓRTICOS ARRIOSTRADOS DE ELEVADA DUCTILIDAD (SCBF) DISEÑO DE
CONEXIÓN ARRIOSTRAMIENTO-VIGA-COLUMNA – SECCIÓN TIPO W
Referida a la figura 3-10. Diseñe la conexión arriostramiento-viga-columna en el nodo J-3 del tercer nivel. La orientación del
arriostramiento y el tipo de conexión a utilizar se muestra en la figura 3-18. Asuma que el arriostramiento es un ASTM A992
( ⁄ ⁄ ) de sección de ala ancha W14x48, la columna y viga BM-1 como fueron
diseñadas en el ejemplo 3.8 y 3.9, respectivamente. Utilice un ASTM A572 grado 50 para las planchas soldadas al
arriostramiento y un ASTM A36 para las gusset plate.
Figura 3-18. Conexión de arriostramiento a ser diseñada en el ejemplo 3.12
Del ejemplo 3.8 para el diseño de las columnas
Del ejemplo 3.9 para el diseño de las vigas

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