12.1 sistemas esqueletales acero 1

22/03/2013

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 de Construcción y Estimación – Prof: Carolina Stevenson

SISTEMAS ESQUELETALES: ACERO

SUPERESTRUCTURA:

sistemas esqueletales-ACERO-



Aspectos Generales

CONTENIDO
Aspectos generales
Pórticos
Relación con el suelo
Uniones
Entrepisos
Cerchas
Entramados espaciales

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




Aspectos Generales

Aspectos Generales

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

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.




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Aspectos Generales

ESTRUCTURA - PÓRTICOS
columna

placa de entrepiso

Consideraciones de diseño

viga principal

•Grandes luces para conseguir
menor número de columnas.
•Techos de mayor altura.

viga secundaria
cimentación

•Mayor libertad en la distribución
de servicios.

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.

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.






Condiciones de carga y reacciones

Columna + viga

Diagrama de momentos

Pórtico
•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.




Optimización de la forma en relación a los esfuerzos transmitidos

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

ESTRUCTURA - RELACIÓN CON EL SUELO
APOYOS EMPOTRADOS

Distribución de momentos en las
columnas de pórticos múltiples
Pórticos múltiples bajo cargas verticales

Viga Vierendeel

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


Apoyo fijo


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APOYOS ARTICULADOS

London Eye

Apoyo fijo

Apoyo articulado





ESTRUCTURA – ELEMENTOS

Diferentes secciones







Celosia

Alma llena

Diferentes secciones
Secciones tubulares Secciones en perfil




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Deformación debido a flexión y carga axial en la base de una columna.


Pandeo local en un tubo de acero sometido a compresión.

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.



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

ESTRUCTURA - UNIONES

Pandeo de una riostra, terremoto de Hyogoken
Nanbu, Japón

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.




ESTRUCTURA- CONEXIONES
Unión Viga de cubierta
+ Columna

Unión Viga de entrepiso
+ Columna





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Momento

Rotación

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






Unión rígida con placas soldadas
Unión flexible con ángulos adicionales






Unión rígida con placas soldadas
Igual sección

Diferente ancho

Diferente ancho y profundidad

Uniones rigidas de Columna




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ESTRUCTURA – PÓRTICOS: CONEXIONES


Uniones para vigas en voladizo

Uniones para vigas perpendiculares

Uniones de vigas sobre columnas



ESTRUCTURA - ENTREPISOS



Entrepiso con lamina colaborante y losa
de concreto en situ

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

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

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”)







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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Entrepiso integrado con vigas asimétricas y placas de
concreto prefabricado

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

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

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.


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



Sistemas especiales

Sistemas especiales


Hoesch Additive Floor® (Hoesch Bausysteme)

Cofradal 200 (Arval )





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Sistemas especiales

Sistemas especiales

Hoesch Additive Floor® (Hoesch Bausysteme)

Slimdek® (Corus)


ESTRUCTURA – PÓRTICOS:


CUBIERTA DOS AGUAS




CUBIERTA DOS AGUAS

Diferentes condiciones de soporte y de carga

Diagrama de momentos

Optimización por forma



CUBIERTA DOS AGUAS




CUBIERTA DOS AGUAS

Pórtico biarticulado

Pórtico triarticulado

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

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



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ESTRUCTURA - CERCHAS

King Post

Scissors
Scissors Mono
Cantilevered

Queen Post

Mono

Polynesian

Fink
Room-in-attic
Flat
Double Inverted

Howe

Fan Double



Lenticular

Three Piece Raised
Centre


Bowstring

Que solución trabaja mejor estructuralmente?
Double Fink

Solución 1

Solución 2



ESTRUCTURA - CABLES




Cable to cable connections

Strands

Wire ropes

Fixed sockets

Adjustable sockets

Examples of adjustable supports (A=support, B=socket, C=wire)
Pictures from: Structures in Architecture, G G Shierle. (2006)





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Conexión columna + vigas + cercha





Conexión columna + cercha s triangulares en dos
direcciones



Conexión entre elementos de la cercha



Conexión columna + cercha s en dos direcciones


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





ENTRAMADOS ESPECIALES - 3D


uniones
Piramides tetraedrales

Cuboctahedro

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




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The Crystal Cathedral, 1955, Philip Johnson

Stansted Airport, UK, 1991 by Foster + Partners





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