Guía de Diseño de ProtaStructure: Efectos del Sismo Vertical Versión 1.0

ProtaStructure aborda de manera efectiva los efectos sísmicos verticales en el diseño. Ofrece dos métodos distintos: el Enfoque Estático Aproximado y el Método de Análisis Espectral Modal. La transición entre estos métodos garantiza una cobertura completa de las consideraciones sísmicas.

Enfoque Estático Aproximado

En el Enfoque Estático Aproximado, los diseñadores multiplican el resultado del caso de carga por gravedad por una fracción de la aceleración espectral horizontal, típicamente 0.2SDS. Sin embargo, este método tiene limitaciones. Específicamente, no considera los modos de vibración vertical ni usa un espectro vertical dedicado. En consecuencia, puede no cumplir con los requisitos normativos en edificios con columnas de transferencia, vigas de grandes luces, voladizos largos o columnas inclinadas. Para resolver estos problemas, algunas normas sísmicas, como Eurocode, exigen un análisis modal del sismo vertical.

Método de Análisis Espectral Modal

Por el contrario, el Método de Análisis Espectral Modal considera los modos de vibración vertical de la estructura junto con un espectro de aceleración vertical. Para activar este método:

1. 1. Abra el Editor de Cargas Automáticas.
   2. Seleccione el Método de Análisis Espectral Modal.
   3. Haga clic en Aceptar. Esto generará automáticamente las combinaciones de carga, incluidos los casos de carga sísmica vertical.

Combinación de Casos de Sismo Vertical con Otras Acciones

Enfoque Estático Aproximado

En este enfoque, los casos de carga de Sismo Vertical Estático deben combinarse con signo positivo en las combinaciones G+Q+E y con signo negativo en las combinaciones 0.9G + E.

Método de Análisis Espectral Modal

Al realizar un Análisis Modal de Sismo Vertical, la combinación modal CQC provoca la pérdida de los signos. Según la opción de Método de Signo de Resultados establecida por el usuario, los valores resultantes serán positivos o tomarán el signo del modo vertical dominante. Para capturar los efectos críticos, combine los casos de carga sísmica vertical modal con los casos de carga muerta y viva usando signos positivos y negativos. Esto duplica efectivamente el número de combinaciones sísmicas, garantizando un análisis completo.

Número de Modos Verticales

ProtaStructure realiza un análisis de valores propios en la dirección vertical, considerando la matriz de masa vertical y la rigidez de la estructura. Este proceso identifica modos de vibración locales causados por vigas o losas de gran luz, voladizos grandes, columnas inclinadas, y vigas y losas de transferencia que soportan miembros verticales. Luego, estos modos se usan en el análisis de superposición modal realizado en la dirección vertical. Puede especificar el número de modos verticales en Parámetros Sísmicos > Análisis > Número de Modos Verticales. Al finalizar el análisis, es importante revisar los valores modales calculados en el Informe de Análisis de Valores Propios.

Definición del Espectro de Aceleración Vertical

Para realizar un análisis modal del sismo vertical, es fundamental definir un espectro vertical. ProtaStructure incorpora el espectro de aceleración vertical, accesible desde la ventana de Parámetros Sísmicos. Algunas normas sísmicas especifican explícitamente la forma del espectro vertical, como ASCE07, Eurocode 8, TBDY2018, NTE030, DPT1302 y SNI1726.

El espectro vertical también se presenta en forma tabulada y gráfica en el Informe de Verificaciones Preanálisis

ProtaStructure calcula automáticamente el espectro vertical para estas normas. Para las normas que no especifican un espectro vertical explícito, ProtaStructure ofrece dos opciones:

1. 1. Fracción del Espectro Horizontal: Este método multiplica el espectro de diseño horizontal por un factor definido por el usuario, con un valor predeterminado de 2/3.
   2. Aceleración Constante: Este método aplica la misma respuesta a todos los modos verticales que el enfoque estático.

Estas opciones se pueden acceder desde la ventana Parámetros Sísmicos > Análisis.

Cabe señalar que algunas normas, como ASCE07-16, SNI1726-2019, TBDY2018, EN1998-1:2004 y NTE030, especifican directamente un espectro de aceleración vertical, por lo que estas dos opciones no están disponibles para dichas normas.

Cálculo de Masa y Matriz de Masa

Un comportamiento estructural preciso en el análisis modal del sismo vertical requiere un cálculo exacto de la distribución de masa vertical (en la dirección Z). Es fundamental distinguir las masas activas en la dirección Z (mZ) de las masas laterales activas en las direcciones traslacionales X (mX) y Y (mY), y del momento de inercia de masa alrededor del eje Z. ProtaStructure calcula automáticamente la distribución de masa vertical, pero para un comportamiento preciso, considere lo siguiente:

1. 1. Vigas Que No Soportan Ninguna Losa: Calcule las masas solo en los nodos de inicio y fin. En vigas de gran luz, divídalas en varios tramos adyacentes para capturar efectos más precisos.
   2. Vigas Que Soportan Losas Ordinarias: Mallee las losas y vigas para capturar los efectos del sismo vertical con mayor precisión.
   3. Vigas Que Soportan Losas Nervadas y Reticulares: Estas se consideran automáticamente parte del modelo analítico, con masas verticales asignadas en las intersecciones.
   4. Vigas Que Soportan Losas Compuestas: Asigne masas verticales a los puntos de inicio y fin de las vigas compuestas secundarias.
   5. Vigas o Losas de Transferencia Que Soportan Columnas Cortas: Mallee las vigas y losas de forma compatible con los extremos de las columnas para lograr una transferencia correcta de rigidez y cargas.
   6. Columnas Verticales o Inclinadas: Concentre las masas en los extremos de todas las columnas.
   7. Miembros Que se Intersectan Entre Sí: Calcule y asigne masas a los nodos de intersección automáticamente.
   8. Correas de Acero, Vigas de Amarre, Celosías Planas, Celosías Espaciales, Cúpulas, Diagonales: Calcule automáticamente los valores de masa en los puntos de intersección.

ProtaStructure calcula las masas a partir de las cargas muertas, las cargas vivas y las cargas verticales definidas por el usuario. La distribución de masa cambia según las opciones analíticas, con consideraciones específicas para las restricciones de diafragma.

Gracias

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Preguntas Frecuentes

1. ¿Qué es la Guía de Diseño de ProtaStructure?
   La Guía de Diseño de ProtaStructure ofrece instrucciones completas sobre los efectos del sismo vertical, incluidos los métodos de análisis estático y espectral modal.
2. ¿Cómo funciona el Enfoque Estático Aproximado?
   El enfoque estático multiplica los resultados de carga por gravedad por una fracción de la aceleración espectral horizontal, sin considerar los modos de vibración vertical.
3. ¿Qué es el Método de Análisis Espectral Modal?
   Este método considera los modos de vibración vertical junto con un espectro de aceleración vertical para ofrecer un análisis más preciso de los efectos sísmicos.
4. ¿Cómo calcula ProtaStructure las masas verticales?
   ProtaStructure calcula automáticamente la distribución de masa vertical a partir de cargas muertas, cargas vivas y cargas verticales definidas por el usuario, considerando las restricciones de diafragma.
5. ¿Dónde puedo obtener soporte para ProtaStructure?
   Para capacitación y soporte técnico, contacte a Prota Software Inc. a través del Centro de Ayuda de Prota.