12.1 sistemas esqueletales acero 1

22/03/2013

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SISTEMAS ESQUELETALES: ACERO Sistemas de Construcción y Estimación – Prof: Carolina Stevenson

SISTEMAS DE CONSTRUCCIÓN Y DE ESTIMACIÓN PROFESOR: Dr. Carolina Stevenson

Arquitecta Universidad Nacional

Doctorado en Arquitectura – 2006 University Of Nottingham, UK

Especialización en Enseñanza CPS: 2009 University of Liverpool, UK SISTEMAS ESQUELETALES: ACERO

Sistemas de Construcción y Estimación – Prof: Carolina Stevenson

SUPERESTRUCTURA: sistemas esqueletales-ACERO-


CONTENIDO

Relación con el suelo

Pórticos

Entrepisos

Cerchas

Aspectos generales

Uniones

Entramados espaciales


La solución estructural tiene una gran influencia tanto en el programa constructivo como en los costos finales del proyecto.

Aspectos Generales


Una estructura de acero puede ser un 50% más ligera que una estructura de concreto.

Aspectos Generales


Generalmente el montaje promedio de 20 a 30 componentes de acero por día es razonable en la mayoría de los proyectos. Esto depende del numero de grúas disponibles y la accesibilidad del lugar.

Aspectos Generales

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Normalmente la estructura principal tiene una vida útil mayor que otros elementos constructivos, por lo que se debe considerar flexibilidad y accesibilidad para futuras modificaciones.

Consideraciones de diseño •Grandes luces para conseguir menor número de columnas. •Techos de mayor altura. •Mayor libertad en la distribución de servicios.

Aspectos Generales


ESTRUCTURA - PÓRTICOS

columna

viga principal

viga secundaria

cimentación

placa de entrepiso

Los pórticos combinan elementos horizontales con elementos verticales, de forma tal que se origina la continuidad en todo el conjunto asegurando la estabilidad del mismo.


•Los extremos de las vigas están parcialmente restringidos lo que mejora la resistencia a momentos de flexión. •Las columnas no solo absorben esfuerzos de compresión sino que absorben flexión debido a la continuidad en el pórtico. •Las cargas verticales tienden a producir pandeo en las columnas.

Columna + viga

Pórtico



Condiciones de carga y reacciones

Los elementos del pórtico cambian su comportamiento estructural de acuerdo a los tipos de soporte, así mismo su diseño debe cambiar .

Diagrama de momentos

Optimización de la forma en relación a los esfuerzos transmitidos



Pórticos múltiples bajo cargas verticales

Viga Vierendeel

Distribución de momentos en las columnas de pórticos múltiples

Estructura de pórticos donde la forma responde a la distribución de esfuerzos



ESTRUCTURA - RELACIÓN CON EL SUELO

Apoyo fijo

APOYOS EMPOTRADOS

http://www.metalbuildingsfast.com/RidgedFrame.jpg

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Apoyo fijo



London Eye

Apoyo articulado

APOYOS ARTICULADOS




Diferentes secciones

ESTRUCTURA – ELEMENTOS


Diferentes secciones




Alma llena

Secciones tubulares Secciones en perfil

Celosia

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El mayor desafío en el diseño de estructuras de acero consiste en limitar o controlar los problemas de inestabilidad en miembros o zonas localizadas sometidas a compresión.

Pandeo local en un tubo de acero sometido a compresión. Deformación debido a flexión y carga axial en la base de una columna.



Los fenómenos de inestabilidad pueden agruparse en dos tipos principales: pandeo global y pandeo localizado.



El pandeo lateral torsional es un problema de inestabilidad que puede afectar a las barras flexionadas, caso típico de las vigas en estructuras de pórticos.

Pandeo de una riostra, terremoto de Hyogoken Nanbu, Japón


ESTRUCTURA - UNIONES


ESTRUCTURA- CONEXIONES

Unión Viga de cubierta

+ Columna

Unión Viga de entrepiso

+ Columna



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Rotación

Momento


Las uniones articuladas no soportan momentos significativos. Las uniones rígidas están diseñadas para resistir efectos de torsión.



Unión flexible con ángulos adicionales



Unión rígida con placas soldadas



Unión rígida con placas soldadas


Uniones rigidas de Columna


Igual sección Diferente ancho Diferente ancho y profundidad

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ESTRUCTURA – PÓRTICOS: CONEXIONES

Uniones para vigas perpendiculares Uniones de vigas sobre columnas



Uniones para vigas en voladizo


ESTRUCTURA - ENTREPISOS

La mayoría de los sistemas constructivos de entrepiso parea estructuras en acero están basados en los principios de construcción mixta.



La construcción mixta consiste en vigas de acero de perfil en I o en H, con conectadores soldados al ala superior de la viga para permitir que ésta actúe conjuntamente con la losa mixta (chapa colaborante y concreto armado “in situ”)

http://www.tatasteelconstruction.com/en/reference/teaching_resources/building_in_steel/construction/multi-storey/flooring_system/composite_floor_system_vid

Vigas principales: Entre 6 y 12 m. Vigas secundarias: 6 - 15 m. de luz y de 2,5 - 4 m. de modulación

Entrepiso con lamina colaborante y losa

de concreto en situ





Ventajas: las vigas son más ligeras y tienen menos canto que en la construcción no-mixta, como consecuencia son más económicas. Amplia disponibilidad de perfiles de acero laminados en caliente.





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Este es un sistema de entrepiso de poco canto que constan de vigas asimétricas en la que apoyan las prelosas de concreto, tales como las alveolares.

Vigas principales: Entre 5 m. y 7,5 m.

Entrepiso integrado con vigas asimétricas y placas de

concreto prefabricado

http://www.tatasteelconstruction.com/en/reference/teaching_resources/building_in_steel/construction/multi-storey/flooring_system/precast_floor_slab_vid



La placa alveolar es un elemento superficial plano de hormigón pretensado, con canto constante, aligerado mediante alveolos logitudinales y capaz de soportar grandes vanos y sobrecargas



Entrepisos con vigas alveolares se utilizan para salvar luces, hacer uso eficiente del acero e integrar servicios, reduciéndose la altura total del edificio.



Para garantizar la integridad frente al fuego, las armaduras transversales pueden ser embedidas en las placas prefabricadas alvedares y extenderse al menos 600 mm, en cada placa



Cofradal 200 (Arval )

Sistemas especiales



Hoesch Additive Floor® (Hoesch Bausysteme)

Sistemas especiales





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ESTRUCTURA - ENTREPISOS Sistemas especiales

Hoesch Additive Floor® (Hoesch Bausysteme)



Slimdek® (Corus)

Sistemas especiales


ESTRUCTURA – PÓRTICOS: CUBIERTA DOS AGUAS


Diferentes condiciones de soporte y de carga

Diagrama de momentos

Optimización por forma



Pórtico biarticulado

El pórtico biarticulado está apoyado sobre cimentación mediante articulaciones, y los dos semi-dinteles están unidos por una conexión rigida.



Pórtico triarticulado

El pórtico triarticulado está apoyado sobre cimentación mediante articulaciones, y los dos semi-dinteles también están articulados entre sí.


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ESTRUCTURA - CERCHAS


King Post

Queen Post

Fink

Howe

Fan Double

Scissors

Scissors Mono

Mono

Polynesian

Room-in-attic

Double Inverted

Three Piece Raised Centre

Flat

Bowstring

Lenticular

Cantilevered





Double Fink

Solución 1

Solución 2

Que solución trabaja mejor estructuralmente?



Fixed sockets Examples of adjustable supports (A=support, B=socket, C=wire)

Cable to cable connections

Strands Wire ropes

Adjustable sockets Pictures from: Structures in Architecture, G G Shierle. (2006)

ESTRUCTURA - CABLES



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Conexión columna + vigas + cercha



Conexión columna + cercha s en dos direcciones



Conexión columna + cercha s triangulares en dos direcciones



Conexión entre elementos de la cercha



Conexión entre elementos de la cercha con platinas auxiliares

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Conexión entre elementos modulares de la cercha






Centre Pompidou, Paris, France 1978. Piano and Rogers Architects





Los entramados espaciales trabajan con el principio estructural de la cercha pero están construidos en tres dimensiones siguiendo patrones geométricos espaciales.

Piramides tetraedrales

Cuboctahedro

uniones

ENTRAMADOS ESPECIALES - 3D

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The Crystal Cathedral, 1955, Philip Johnson



Stansted Airport, UK, 1991 by Foster + Partners


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/56/CrystalCathedral.jpg

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