Losas compuestas

BOLETÍN TÉCNICO IMME VOLUMEN 40 Nº 2

MODELO MATEMÁTICO PARA INCORPORAR LA FLEXIBILIDAD DEL DIAFRAGMA CONSTITUIDO POR LOSAS COMPUESTAS EN LA RESPUESTA SÍSMICA DE EDIFICIOS DE ACERO
Miguel Rodríguez T. 1
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Oscar A. López

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Profesor Universidad Católica Andrés Bello UCAB, Caracas, Venezuela. Profesor, IMME, Facultad de Ingeniería, Universidad Central de Venezuela. Caracas, Venezuela.RESUMEN

Para las losas compuestas de concreto-acero de sección transversal variable, tales como las losas de concreto vaciadas con encofrado colaborante constituido por una lámina de acero doblada, la flexibilidad en su propio plano puede dar lugar a una distribución de fuerzas sísmicas sobre los planos resistentes del edificio distinta a la predicha por el modelo clásico del diafragma conrigidez infinita. A fin de incorporar estos efectos en el diseño sísmico de edificios, se identifican en este trabajo las variables principales que influencian su flexibilidad. Basándose en la teoría de vigas y mediante estudios paramétricos se han desarrollado expresiones analíticas para determinar el espesor de una losa maciza equivalente de concreto cuya flexibilidad en el plano es similar a la deuna losa de sección transversal variable de dos materiales. Para una losa compuesta convencional de 10 cm de altura, se ha encontrado que el espesor equivalente varía generalmente entre 8,3 y 8,5 cm. Esta aproximación permite adoptar un modelo simplificado de elementos finitos planos de espesor constante para modelar la flexibilidad de la losa compuesta en el análisis sísmico de edificios.Adicionalmente, mediante análisis paramétricos con un número total de elementos finitos en cada diafragma superior a 16 se obtiene un error inferior al 7% con relación a los modelos que incorporan una densidad de malla 16 veces superior. Finalmente, se ejemplifica la aplicación del modelo propuesto mediante el análisis dinámico de un edificio de acero de cuatro pisos constituido por losas compuestasconcreto-acero, encontrándose hasta un 23% de error en la distribución de fuerzas cuando se utiliza la hipótesis clásica de diafragma infinitamente rígido. Palabras Clave: Flexibilidad del diafragma, análisis sísmico, edificios de acero, modelos matemáticos, losas compuestas, espesor equivalente. MATHEMATICAL MODELING OF COMPOSITE SLABS TO CONSIDER THE IN-PLANE FLEXIBILITY OF DIAPHRAGMS IN THESEISMIC ANALYSIS OF STEEL BUILDINGS. ABSTRACT The in-plane flexibility of composite slabs with irregular geometry may lead to a seismic load distribution on the resistant elements of buildings that differs from the forces obtained from the use of the classical assumption of rigid diaphragm. In order to incorporate theses effects on the seismic design of buildings, this paper identifies the mainparameters that influence the in-plane flexibility of composite slabs. By means of parametric studies and beam theory, analytical expressions are proposed to determine the equivalent thickness of a flat slab in which its flexibility approaches the one of the irregular composite slab. For the typical composite slab of height equal to 10 cm it is found that the equivalent thickness of the flat slab variesbetween 8.3 and 8.5 cm. Furthermore, the minimum number of plane finite elements to be incorporated in the analysis is determined by means of parametric analysis. When the total number of the finite elements in all the slabs is greater than 16, the errors relative to a model that includes a mesh Recibido: 24/03/99 Revisado: 13/04/99 Aceptado: 28/06/02

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M. RODRÍGUEZ T. Y O. A. LÓPEZdensity 16 times larger are less than 7%. The proposed model to represent the in-plane flexibility of the slab is applied for the seismic analysis of a four-story building; when the typical model of rigid diaphragm is used, the errors in the calculation of the forces at the resisting elements are as large as 23%. Key Words: Flexibility of the diaphragm, seismic analysis, steel buildings, mathematical...