METALESSistemas de Construcción y Estimación – Prof: Dr. Carolina Stevenson Rodriguez

METALES: sistemas esqueletales

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SISTEMAS DE CONSTRUCCIÓN Y DE ESTIMACIÓNPROFESOR: Dr. Carolina Stevenson Rodriguez

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CONTENIDO

Relación con el suelo

Pórticos

Entrepisos

Cerchas

Aspectos generales

Uniones

Entramados espaciales

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

Aspectos Generales

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

Aspectos Generales

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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 elementosconstructivos, por lo que se debe considerar flexibilidad y accesibilidad para futurasmodificaciones.

Consideraciones de diseño

•Grandes luces para conseguir menor número de columnas.

•Techos de mayor altura.

•Mayor libertad en la distribución de servicios.

Aspectos Generales

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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.

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•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

ESTRUCTURA - PÓRTICOS

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Condiciones de carga y reacciones

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

Diagrama de momentos

Optimización de la forma en relación a los esfuerzos transmitidos

ESTRUCTURA - PÓRTICOS

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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 - PÓRTICOS

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ESTRUCTURA - RELACIÓN CON EL SUELO

Apoyo fijo

APOYOS EMPOTRADOS

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ESTRUCTURA - RELACIÓN CON EL SUELO

Apoyo fijo

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ESTRUCTURA - RELACIÓN CON EL SUELO

London Eye

Apoyo articulado

APOYOS ARTICULADOS

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ESTRUCTURA - RELACIÓN CON EL SUELO

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Diferentes secciones

ESTRUCTURA – ELEMENTOS

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Diferentes secciones

ESTRUCTURA – ELEMENTOS

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ESTRUCTURA – ELEMENTOS

Alma llena

Secciones tubulares Secciones en perfil

Celosia

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ESTRUCTURA – ELEMENTOS

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.

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ESTRUCTURA – ELEMENTOS

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

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ESTRUCTURA – ELEMENTOS

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 HyogokenNanbu, Japón

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ESTRUCTURA - UNIONES

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ESTRUCTURA- CONEXIONES

Unión Viga de cubierta

+ Columna

Unión Viga de entrepiso

+ Columna

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ESTRUCTURA - UNIONES

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ESTRUCTURA - UNIONES

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Rotación

Momento

ESTRUCTURA- CONEXIONES

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

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ESTRUCTURA- CONEXIONES

Unión flexible con ángulos adicionales

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ESTRUCTURA - PÓRTICOS

Unión rígida con placas soldadas

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ESTRUCTURA - PÓRTICOS

Unión rígida con placas soldadas

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Uniones rigidas de Columna

ESTRUCTURA- CONEXIONES

Igual sección Diferente ancho Diferente ancho y profundidad

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ESTRUCTURA – PÓRTICOS: CONEXIONES

Uniones para vigas perpendiculares Uniones de vigas sobre columnas

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ESTRUCTURA - UNIONES

Uniones para vigas en voladizo

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ESTRUCTURA - ENTREPISOS

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

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ESTRUCTURA - ENTREPISOS

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

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ESTRUCTURA - ENTREPISOS

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ESTRUCTURA - ENTREPISOS

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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ESTRUCTURA - ENTREPISOS

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

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ESTRUCTURA - ENTREPISOS

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

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ESTRUCTURA - ENTREPISOS

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

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ESTRUCTURA - ENTREPISOS

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

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ESTRUCTURA - ENTREPISOS

Cofradal 200 (Arval )

Sistemas especiales

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ESTRUCTURA - ENTREPISOS

Hoesch Additive Floor® (Hoesch Bausysteme)

Sistemas especiales

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ESTRUCTURA - ENTREPISOSSistemas especiales

Hoesch Additive Floor® (Hoesch Bausysteme)

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ESTRUCTURA - ENTREPISOS

Slimdek® (Corus)

Sistemas especiales

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ESTRUCTURA – PÓRTICOS: CUBIERTA DOS AGUAS

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Diferentes condiciones de soporte y de carga

Diagrama de momentos

Optimización por forma

ESTRUCTURA – PÓRTICOS: CUBIERTA DOS AGUAS

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Pórtico biarticulado

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

ESTRUCTURA – PÓRTICOS: CUBIERTA DOS AGUAS

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Pórtico triarticulado

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

ESTRUCTURA – PÓRTICOS: CUBIERTA DOS AGUAS

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ESTRUCTURA - CERCHAS

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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

ESTRUCTURA - CERCHAS

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ESTRUCTURA - CERCHAS

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Double Fink

Solución 1

Solución 2

Que solución trabaja mejor estructuralmente?

ESTRUCTURA - CERCHAS

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

Cable to cable connections

Strands Wire ropes

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

ESTRUCTURA - CABLES

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ESTRUCTURA - CERCHAS

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ESTRUCTURA - CERCHAS

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ESTRUCTURA - CERCHAS

Conexión columna + vigas + cercha

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ESTRUCTURA - CERCHAS

Conexión columna + cercha s en dos direcciones

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ESTRUCTURA - CERCHAS

Conexión columna + cercha s triangulares en dos direcciones

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ESTRUCTURA - CERCHAS

Conexión entre elementos de la cercha

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ESTRUCTURA - CERCHAS

Conexión entre elementos de la cercha con platinas auxiliares

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ESTRUCTURA - CERCHAS

Conexión entre elementos modulares de la cercha

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ESTRUCTURA - CERCHAS

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ESTRUCTURA - CERCHAS

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

ESTRUCTURA - CERCHAS

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ESTRUCTURA - CERCHAS

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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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ENTRAMADOS ESPECIALES - 3D

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ENTRAMADOS ESPECIALES - 3D

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The Crystal Cathedral, 1955, Philip Johnson

ENTRAMADOS ESPECIALES - 3D

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Stansted Airport, UK, 1991 by Foster + Partners

ENTRAMADOS ESPECIALES - 3D

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• Allen, Edward, and Joseph Iano. Fundamentals of building construction: materials and methods. 4th ed. Hoboken, N.J.: J. Wiley & Sons, 2004.

• Arlene Maria Sarmanho. “Steel framing: arquitectura” IBS/CBCA. Rio de Janeiro 2006. • Instituto Brasileiro de Siderugia. “Ligacoes em estruturas metálicas”. ” IBS/CBCA. Rio de Janeiro 2004. • Sshulitz, Helmut C. “Steel construction manual” Birkhauser. Basel, Switzerland; Boston, MA c2000. • Villamil, Sergio. “Construcción metálica en Colombia II: tecnología en la tradición, renovación, rehabilitación y

modernización”. Construdata; Legis. Bogotá 2009. • Blanc, Alan, Michael McEvoy, and Roger Plank. Architecture and construction in steel. London: E & F N Spon, 1993.• Davison, Buick. Steel designers' manual. 7th ed. Chichester, West Sussex, UK: Wiley-Blackwell, 2011.• Schulitz, Helmut C., Werner Sobek, and Karl J. Habermann. Steel construction manual. Basel: Birkhauser, 2000.

BIBLIOGRAFIA