Metales sistemas esqueletales

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

METALES: sistemas esqueletales


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


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


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


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 desoporte, 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



Apoyo fijo



London Eye

Apoyo articulado

APOYOS ARTICULADOS


Diferentes secciones

ESTRUCTURA – ELEMENTOS



Alma llena

Secciones tubulares Secciones en perfil

Celosia



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 HyogokenNanbu, Japón


ESTRUCTURA - UNIONES


ESTRUCTURA- CONEXIONES

Unión Viga de cubierta

+ Columna

Unión Viga de entrepiso

+ Columna


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


Uniones rigidas de Columna


Igual sección Diferente ancho Diferente ancho y profundidad


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

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



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.



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

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 serembedidas 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


ESTRUCTURA - ENTREPISOSSistemas 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.



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

ESTRUCTURA - CABLES



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



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


The Crystal Cathedral, 1955, Philip Johnson


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


Stansted Airport, UK, 1991 by Foster + Partners



• 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

Metales sistemas esqueletales

Design

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