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Capítulo 05: Análisis de estructuras

5.a.Diseño de estructuras

•Objetivos•Cualidades de la construcción en acero.•Teoría básica de estructuración

Capítulo 05: Análisis de estructuras Duración presentación: XX minutos

5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes

•Definición•Criterios•Estructura resistente y la configuración de detalles•Conexiones•Uniones


•Objetivos•Cualidades de la construcción en acero.•Teoría básica de estructuración.


•Definición.•Conexiones.•Uniones.


Revisar las oportunidades y ventajas que ofrece el acero

Variables funcionales y económicasconstructivas y materiales


•Objetivos.•Cualidades de la construcción en acero•Teoría básica de estructuración.




La naturaleza del materialEntre los materiales tradicionales, el mas resistenteforma eficiente

Aeropuerto de Stuttgart (1990)Von Gerkan, Marg und Partner

Ockens house (1978)Glenn Murcutt

Banca Popolare di Lodi (1998)Renzo Piano






Instituto CIM, Alemania (1992) Schulitz and Partner

La naturaleza del materialLa claridad de la función estructural y la jerarquía de los componentes

DiferenciaciónEstructura primariaSecundariaTerciaria

VigaColumnaNudoArriostramiento






La naturaleza del materialLa claridad de la función estructural y la jerarquía de los componentesLa separación funcional entre la estructura y el cerramiento

analogía con el cuerpo humano

Atrio central nueva Feria de Leipzig, Alemania (1996) von Gerkan, Marg and Partner






La naturaleza del materialLa claridad de la función estructural y la jerarquía de los componentesLa separación funcional entre la estructura y el revestimientoLa exactitud de la fabricación y de su montaje

claridad y precisión de detalles

Pabellón de Ferias en Hannover (1996) von Gerkan, Marg and Partner


•Objetivos.•Cualidades de la construcción en acero.•Teoría básica de estructuración




Introducciónelección sistema estructural variables funcionales

espacialesvariedad de soluciones para un espacio similar

conocimiento del comportamiento del elemento simple y su relacióncon otros componentes






Estrategia general

• Objetivos del proyecto: reconocer problemas• Análisis: búsqueda acerca del problema• Síntesis: plantear soluciones• Evaluació: decidir y refinar. Establecer prioridades






La toma de decisionesSecuencia no linealJerarquizar

Gran cantidad de pasosidas y regresos

Factores cualitativos y cuantitativos

Las combinaciones no están libres de contradicciones

Elección final: complejo balance






El proceso de un proyectonociones preconcebidas importacionesasimilación de nuevas ideas

Visualización de un primer sistema estructural compatiblebasada:

experiencia previacomprensión teoría estructuraldisponibilidad material y habilidad mano de obra






Las escalas de un proyecto

a. Escala volumétrica: la imagen del proyecto completo

Centro de Artes Visuales de Sainsbury (1978) Norman Foster







b. Escala estructural: el sistema estructuralMaterialización del esquema estructuralPrevio al dimensionado y cálculo

Exigencias básicas•Equilibrio•Estabilidad•Resistencia•Funcionalidad•Economía








c. Escala módulo: una grilla de columnasrepetición y variedad








d. Escala elemento: la viga o la columna








e. Escala de ensamble: la manera de conectar los elementos








f. Escala detalle: el encuentro entre la viga y la columna








g. Escala de la textura: la apariencia de la superficie








h. Escala puntual: la cabeza de un perno sobre una chapa







La estructura esta diseñada para resistir la peor combinación de fuerzas aplicadas

Cargas determinación complejapueden variar con el tiempo(acero estructura ligera)

Las solicitaciones a la estructura cargas estáticas /cargas dinámicasSin variación en el tiempo / varían con rapidez






Las solicitaciones a la estructuracargas estáticas /cargas dinámicasa. Las cargas muertas Material y densidad Paradoja






Las solicitaciones a la estructuracargas estáticas /cargas dinámicasa. Las cargas muertasb. Las cargas vivas Actividades y usos Cargas uniformes






Las solicitaciones a la estructuracargas estáticas /cargas dinámicasa. Las cargas muertasb. Las cargas vivasc. Las cargas de la cubierta mantenimiento nieve






Las solicitaciones a la estructuracargas estáticas /cargas dinámicasa. Las cargas muertasb. Las cargas vivasc. Las cargas de la cubiertad. Las cargas del vientoDistribución complejaDepende de: Dirección Dimensión Forma






Las solicitaciones a la estructuracargas estáticas /cargas dinámicasa. Las cargas muertasb. Las cargas vivasc. Las cargas de la cubiertad. Las cargas del viento






Las solicitaciones a la estructuracargas estáticas /cargas dinámicasa. Las cargas muertasb. Las cargas vivasc. Las cargas de la cubiertad. Las cargas del vientoe. Las cargas dinámicasCambios repentinos de intensidad y posición

Fuerzas inercialesDeformaciones nocoinciden con la intensidadde las fuerzas






Las solicitaciones a la estructuracargas estáticas /cargas dinámicasa. Las cargas muertasb. Las cargas vivasc. Las cargas de la cubiertad. Las cargas del vientoe. Las cargas dinámicasf. Las cargas sísmicasNo es una acción directaSobre la estructura

Se transmite a través de las fundaciones

Rigidez y masa de la estructura






Principios estructurales para el acero

Secuencia de diseño estructural de un edificio de entramadoa. Forma de la estructurab. Diseño estructuralc. Consideraciones de las unionesd. Optimización del diseño







Secuencia de diseño estructural de un edificio de entramadoa. Forma de la estructuraProposición de una serie de sistemas estructuralesRecorrido de las fuerzasDeformaciones y acciones de las cargas

compresióntracciónflexión

Tipos de esfuerzodimensionamietoforma







Secuencia de diseño estructural de un edificio de entramadoa. Forma de la estructura

Predimensionado

Fuente: Pfenniger, Borgheresi, Arquitectura y acero 2002 ICHA







Secuencia de diseño estructural de un edificio de entramadoa. Forma de la estructurab. Diseño estructural

Análisis detalladoCálculo

Otras variables:Corte y flecha






a

b


Secuencia de diseño estructural de un edificio de entramadoa. Forma de la estructurab. Diseño estructural

viga discontinua / viga continuamarco / viga columna







Secuencia de diseño estructural de un edificio de entramadoa. Forma de la estructurab. Diseño estructuralc. Consideraciones de las uniones

Fallas normalmente relacionadas con las unionesPobreza diseño / conexión inadecuada / falta de integración

Revisión de dimensionesconexiones soldadas o pernos

Estandarizacióneconomía / reducción de errores







Secuencia de diseño estructural de un edificio de entramadoa. Forma de la estructurab. Diseño estructuralc. Consideraciones de las unionesd. Optimización del diseño

uso eficiente del material

variable peso no es la única estructuras ligerasproblemas: flexión / transmisión sonido / vibración / tiempo

dediseño / rapidez de construcción / mantenimiento / vida útil/reutilización

costo estructura porcentualmente es pequeño






La economía de las estructuras metálicas

*el costo del cerramiento es bastante variable dependiendo de la calidadde dicho cerramiento y del tipo de fenestración.

(fuente: Architecture and Construction in Steel, Edited by Alan Blanc, Michael McEvoy y Roger Plank)

Costos referenciales de los elementos de un edificio de una sola planta indicado en porcentaje de la obra total

Estructura de acero 30% Cubierta y cerramientos* 30% Subestructuras 25% Servicios mínimos 15%






Vida útil Supermercado en promedio 15 años

Nota: los trabajos externos, fundaciones y las subdivisiones internas están excluidas.

(fuente: Architecture and Construction in Steel, Edited by Alan Blanc, Michael McEvoy y Roger Plank)

elemento vida útil

proporción decosto inicial

Estructura50 – 60 años 15 – 30 %

Cerramiento20 – 30 años 30 – 40 %

Servicios 10 – 15 años 15 – 20 %


•Objetivos.•Cualidades de la construcción en acero.•Teoría básica de estructuración.


El ensamble como acción, posee en las estructuras metálicas una serie de escalas:

a.El ensamble de componentes individuales que llegan a formar un elemento de carga, por ejemplo una viga cercha, una columna compuesta

b.El ensamble de elementos de carga que llegan a formar una estructura resistente, por ejemplo, fundación + columna + viga + losa

c.EL ensamble de una estructura resistente para formar una construcción completa


•Definición•Criterios.•Estructura resistente y la configuración de detalles.•Conexiones.•Uniones.





•Definición.•Criterios•Estructura resistente y la configuración de detalles.•Conexiones.•Uniones.

•El material•El flujo de las fuerzas•La geometría•La fabricación, transporte y montaje•El significado de la conexión•La forma




Inmos Center, Gwent, Gales del Sur (1982) Richard Rogers


•Definición.•Criterios.•Estructura resistente y la configuración de detallesEstructuras pesadas y medianas

Pernos / soldaduraEstructuras livianas

tornillos





•Definición.•Criterios.•Estructura resistente y la configuración de detalles.•Conexiones•Uniones.

Pernos

Ventajas:1. Amplia gama de dimensiones y resistencia.2. No se necesita una especial capacitación3. No exige ambiente especial para el montaje4. Simplicidad frente al reciclado de elementos





•Conexiones•Uniones.

a b c

Pernos






Tornillos

Ventajas:1. Fáciles de transportar al lugar de trabajo2. Gran variedad de medidas, largos, diámetros y resistencias3. Fáciles de remover

a b c d e f






SoldaduraFusión de 2 o más piezas. Continuidad materialVentajas:

1. La mayor rigidez de las conexiones2. La reducción de costos de fabricación3. La menor cantidad de acero

Uniones compactas





•Definición.•Criterios.•Estructura resistente y la configuración de detalles.•Conexiones Soldadura

Proceso de soldaduraa. Electrodo revestido






Soldadura

Proceso de soldaduraa. Electrodo revestidob. Arco sumergido

Proceso industrial. Mayor calidad





•Definición.•Criterios.•Estructura resistente y la configuración de detalles.•Conexiones•Uniones

Estructura integrada v/s sumatoria de componentes

Fleetguard Factory, Francia (1981) Richard Rogers





•Definición.•Criterios.•Estructura resistente y la configuración de detalles.•Conexiones.•Uniones Uniones articuladas y rígidas

Centro George Pompidou, Paris (1977) Renzo Piano y Richard Rogers




•Uniones Uniones articuladas y rígidas

Aeropuerto Stansted (1991) Norman Foster

Reliance Control factory, Swindon (1967) Richard Rogers





•Definición.•Criterios.•Estructura resistente y la configuración de detalles.•Conexiones.•Uniones Uniones estandarizadas

en una estructura estándar los elementos de unión son el 3% del peso y el 30% de costoParámetros:

•tipos de uniones.•tipo de acero utilizado en las uniones.•resistencia, tamaño y cantidad de pernos.•tipo de soldadura.•medidas de los elementos y geometría.

Beneficios :•Reducción en el número de tipos de uniones•Desarrollo del diseño asociado a herramientas asistidas por computador•Ahorro en la venta, almacenaje y manejo•Reducción de costos de diseño





•Definición.•Criterios.•Estructura resistente y la configuración de detalles.•Conexiones.•Uniones Base columna

•Transferencia de esfuerzos: chapa, transmite esfuerzos de compresión y momentos•Base articulada o rígida





•Definición.•Criterios.•Estructura resistente y la configuración de detalles.•Conexiones.•Uniones

a b c d

Unión columna viga

Problema ingenieril en un principioProblema arquitectónico si queda expuesta

Transferencia de fuerzasCoordinación de geometríasFabricaciónMontaje





•Definición.•Criterios.•Estructura resistente y la configuración de detalles.•Conexiones.•Uniones Unión columna viga

Uniones rígidas y articuladas.





•Definición.•Criterios.•Estructura resistente y la configuración de detalles.•Conexiones.•Uniones Arriostramientos

Estabilidad cargas lateralesVariedad de formas






Arriostramiento verticallocalizacióndisposicióndiferenciación






Arriostramiento verticalArriostramiento horizontal


•Objetivos•Cualidades de la construcción en acero•Teoría básica de estructuración



•Definición•Criterios•Estructura resistente y la configuración de detalles•Conexiones•Uniones


Bibliografía

•Luis Andrade de Mattos Dias (2006) Estructuras de acero. Conceptos, técnicas y lenguaje, Zigurate Editora.•Yopanan C. P. Rebello (2000) A concepção estructural e a arquitectura, Zigurate Editora.•Francis Pfenninger, Horacio Borgheresi (2002) Arquitectura y acero, Instituto chileno del acero.•Hart, Henn y Sontag (1976) El Atlas de la construcción metálica. Casas de pisos, Editorial Gustavo Gili•Alan Blanc, Michael McEvoy y Roger Plank (1992) Architecture and Construction in Steel, E & FN Spon.•Reichel, Ackermann, Hentschel, Hochberg (2007) Building with steel. Details. Priciples. Examples, Edition Detail.

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