4. sistemas estructurales para edificios altos

República Bolivariana de Venezuela.La Universidad del Zulia.

Facultad de Arquitectura y Diseño.Programa de Arquitectura.

Departamento de Construcción y Tecnología.

EXIGENCIAS BÁSICAS DE UNA ESTRUCTURA:

1.- EQUILIBRIO: Exigencia fundamental que implica que todas las partes de una edificación no presenten movimientos, o que la resultante de las fuerzas aplicadas sea igual a cero.

2.- ESTABILIDAD: Condición relacionada con los movimientos que puede presentar un edificio en su totalidad debido a la aplicación de las fuerzas, ya que, si una fuerza genera ciertos desplazamientos en el edificio, este debe estar en capacidad de absorberlos y mitigarlos, de lo contrario se vuelve inestable, siendo esta una condición no deseada en la edificación.

3.- RESISTENCIA: Termino referido a la capacidad de soportar las cargas que se aplican en la estructura sin presentar fallas.

4.- FUNCIONALIDAD: Toda estructura debe cumplir a cabalidad con la función asignada, por ello se debe evitar deformaciones grandes en la estructura de manera tal que los usuarios no sientan cómodo el uso del edificio.

5.- ECONOMIA: Aspecto fundamental en toda estructura que cumpla un fin utilitario. Ya que por lo general todo proyecto debe atenerse a un presupuesto disponible para la construcción.

6.- ESTETICA: Esta influencia impone a la estructura elementos para la escogencia del sistema estructural adecuado, pero se debe tener en cuenta que en proyectos de gran tamaño el sistema estructural es expresión de la arquitectura, por lo que un error de enfoque estructural puede afectar la belleza del edificio. (Salvador y Heller, 1.998).







PROBLEMAS ESTRUCTURALES ESPECIFICOS EN EDIFICIOS DE ALTURAPROBLEMAS ESTRUCTURALES ESPECIFICOS EN EDIFICIOS DE ALTURA

FLEXIÓNFLEXIÓN DESPLAZAMIENTODESPLAZAMIENTO VUELCOVUELCO CORTADURACORTADURA DOBLESDOBLES ROTURAROTURA TORSIÓNTORSIÓN VIBRACIÓNVIBRACIÓN

Pórticos de Columnas y Vigas

Pórticos de Columnas y Losas (Flat Slab).Estructuras Mixtas (Pórticos y Pantallas).

Pantallas Acopladas.

Pantallas Paralelas.

Pantallas Alternadas (Colmenas).Núcleo Central y Pantallas en Fachada.Núcleo Central y Pórticos Rígidos.

Entrepisos Suspendidos.

Entrepisos en Cantiliver.

Núcleos Múltiples.

Tubo Aporticado o Fachada Resistente.

Tubo en Tubo.

Multitubos.

Fachadas Cercadas.

PÓRTICOS

PANTALLAS

NÚCLEOS

TUBOS

Pórticos Espaciales.

Macro Pórticos.

Pórticos Paralelos.

Pantallas Paralelas

(Propiamente Dichas).Estructuras Túnel.

Muros de Mampostería.

Pórticos: Son estructuras cuyo comportamiento está gobernado por la flexión. Están conformados por la unión rígida de vigas y columnas. Es una de las formas más populares en la construcción de estructuras de concreto reforzado y acero estructural para edificaciones de vivienda multifamiliar u oficinas.

Los sistemas aporticados, o de esqueleto estructural, proporcionan "mayor libertad y flexibilidad para la disposición del espacio interno.







Viga: es un elemento estructural donde una de sus dimensiones es mucho mayor que las otras dos, y a través de uno o más apoyos transmiten a las fundación u otros elementos estructurales (columnas) las cargas aplicadas transversalmente a su eje, en algunos casos se les aplica cargas en la dirección de su eje.

Columna: es una pieza estructural vertical y de forma alargada que sirve para sostener el peso de la estructura y transferir las cargas a las fundaciones o vigas.

Los pórticos rígidos son un sistema estructural conformado por una retícula espacial de vigas horizontales y columnas verticales conectados rígidamente probablemente es el sistema mas utilizado en nuestro país y se adapta muy bien hasta edificios de 15 pisos, generalmente son de dos tipos:

• Conformado por Vigas y Columnas.

• Conformado por una losa Plana apoyado directamente sobre las Columnas.

CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO DE EDIFICIOS APORTICADOS:

1.- Al ubicar las columnas deberán establecerse líneas de resistencia Al ubicar las columnas deberán establecerse líneas de resistencia claramente definidas en las dos direcciones principales de la edificación.claramente definidas en las dos direcciones principales de la edificación.2.- Debe establecerse una ubicación balanceada de los elementos Debe establecerse una ubicación balanceada de los elementos resistentes en relación con el centro de gravedad de la planta del edificio, resistentes en relación con el centro de gravedad de la planta del edificio, para evitar torsiones. para evitar torsiones. 3.- Los elementos mas rígidos deben ubicarse hacia el centro del edificio.Los elementos mas rígidos deben ubicarse hacia el centro del edificio.4.- Generalmente resulta mas económico que la losa tenga luces mas cortas Generalmente resulta mas económico que la losa tenga luces mas cortas que las luces de las vigas.que las luces de las vigas.5.- En un edificio de planta rectangular, los pórticos principales deben ir en En un edificio de planta rectangular, los pórticos principales deben ir en el sentido mas angosto del edificio.el sentido mas angosto del edificio.6.- Los edificios deben poseer vigas rígidas en las dos direcciones para Los edificios deben poseer vigas rígidas en las dos direcciones para poder absorber las fuerzas horizontales.poder absorber las fuerzas horizontales.7.- Las luces de los volados no deben ser mayores a 1/3 la luz del vano 7.- Las luces de los volados no deben ser mayores a 1/3 la luz del vano inmediato interior.inmediato interior.8.- Las columnas deben ser en lo posible de forma cuadrada.8.- Las columnas deben ser en lo posible de forma cuadrada.9.- Las columnas exteriores e interiores del edificio deben tener 9.- Las columnas exteriores e interiores del edificio deben tener dimensiones similares, ya que las columnas exteriores reciben menor carga dimensiones similares, ya que las columnas exteriores reciben menor carga vertical pero son las que absorben la carga horizontal (sismo y viento).vertical pero son las que absorben la carga horizontal (sismo y viento).10.- cuando se tengan columnas rectangulares, el lado mas largo debe 10.- cuando se tengan columnas rectangulares, el lado mas largo debe llevar el mismo sentido de las vigas de carga principales.llevar el mismo sentido de las vigas de carga principales.11.- El ancho de la base de la viga, de ser posible debe ser igual al de la 11.- El ancho de la base de la viga, de ser posible debe ser igual al de la columna.columna.12.- Las dimensiones mínimas para columnas serán de 0.30 x 0.30 mts. 12.- Las dimensiones mínimas para columnas serán de 0.30 x 0.30 mts. hasta 10 pisos y de 0.40 x 0.40 mts. hasta 20 pisos.hasta 10 pisos y de 0.40 x 0.40 mts. hasta 20 pisos.13.- en edificios de hasta 3 pisos y con luces pequeñas, se pueden utilizar 13.- en edificios de hasta 3 pisos y con luces pequeñas, se pueden utilizar columnas de 0.25 x 0.25 mtscolumnas de 0.25 x 0.25 mts







Losas: elementos horizontales, donde dos de sus tres dimensiones son mucho mayores, existen varios tipos:

Losacero: es adecuada para pórticos de acero, por el poco peso, En cuanto al costo de los materiales es más económica, pero este tipo de losa es apropiado para la distribución y resistencia de fuerzas laterales (viento y sismo).

Losas de concreto armado: pueden armarse en una o dos direcciones. Las primeras se apoyan en vigas que van en la dirección más larga, las segundas poseen vigas principales en ambos sentidos. Cuando la losa es vaciada en sitio, esta colabora con la resistencia de las vigas formando una viga de concreto con sección en T.

Losas reticulares: son ventajosas cuando las cargas son muy pesadas, como estacionamientos, áreas de almacenamiento y edificios con luces muy grandes, ya que necesita pocas columnas intermedias.




PANTALLAS: Son paredes de concreto armado que van de forma continua por todo lo alto del edificio. Este sistema se emplea con frecuencia en edificios de mas de 15 a 30 pisos y cuando el sistema de pórticos no sea suficiente para resistir las fuerzas horizontales o también cuando resulte conveniente aprovecharlas como paredes para soportar las cargas verticales.

Los edificios de pantallas se generan en base a una serie de pantallas paralelas que proporcionan resistencia necesaria para soportas las cargas verticales y horizontales, su aplicación esta reservada a las edificaciones donde las paredes proyectadas tengan carácter permanente.

La separación entre pantallas dependerá del tipo de losa de entrepiso adoptado. Para evitar grandes torsiones en los entrepisos, es fundamental que la geometría en planta sea totalmente simétrica

Los Muros o Pantallas generalmente se disponen paralelamente en el sentido mas corto de la planta de la edificación, deben tener un espesor no menor de 0.15 mts. en el piso superior de la edificación y en sentido vertical de arriba hacia abajo, por cada tres pisos debe aumentarse una pulgada aproximadamente.

En el caso de viviendas de dos niveles, puede tener 0.10 mts. de espesor a todo lo alto del mismo.

Las pantallas pueden tener aberturas para puertas y ventanas, siempre que no exceda el 30% del área del mismo.




PANTALLAS: PIRELLI TOWER, Arq. Pier Luigi Nervi. PANTALLAS: PIRELLI TOWER, Arq. Pier Luigi Nervi.

PORTICOS Y PANTALLAS: Tal vez sea el Sistema Estructural más eficiente para el diseño de edificios de mediana altura (entre 15 – 45 niveles), ya que combina las ventajas de la flexibilidad arquitectónica de los pórticos y la resistencia a las fuerzas horizontales de las pantallas. En algunos casos las pantallas son eliminadas en los pisos superiores y se transforman con pórticos. Tal es el caso del edificio Pirelli.




NÚCLEOS: Estos suelen ser pantallas cerradas, las cuales conforman en planta figuras como: círculos, cuadrados, rectángulos, hexágonos, triángulos.

El interior de estos núcleos generalmente se utiliza para: escaleras, ascensores o servicios.

Estructuralmente los Núcleos cumplen las funciones de las pantallas, también suelen servir como puntos de apoyo de la edificación, concibiéndose esto como un puente cuyos apoyos son los núcleos.

Pueden existir edificaciones con uno, dos o mas Núcleos, los cuales deben estar dispuestos de forma simétrica y estos pueden combinarse con pórticos y pantallas

Cuando el Núcleo se combina con pórticos, indica que el núcleo va en el centro y los pórticos en el perímetro del edificio, en esos casos por lo general se utilizan losas de concreto pretensado.




NÚCLEO CENTRAL – PETRONA TOWERS. Arq. Cesar Pelli. Kuala Lumpur Malasya.NÚCLEO CENTRAL – PETRONA TOWERS. Arq. Cesar Pelli. Kuala Lumpur Malasya.




COMBINACIONES CON NÚCLEO CENTRALCOMBINACIONES CON NÚCLEO CENTRAL

COLGADACOLGADA..

SOPORTADSOPORTADA.A.

MENSULMENSULAS AS SUCESIVSUCESIVAS.AS.




NÚCLEO CENTRAL: TURNING TORSO, Arq. Santiago Calatrava – Suecia.NÚCLEO CENTRAL: TURNING TORSO, Arq. Santiago Calatrava – Suecia.




TUBOS: Como su nombre lo indica, suelen ser tubos agujereados que coinciden con la periferia del edificio.

Este tipo de estructura tiene aplicación en edificios de 30 a 50 pisos.

La planta de estos edificios suele ser de forma cuadrada, rectangular o circular.

Las fuerzas horizontales son absorbidas por la estructura tubular de la periferia mientras que la carga vertical de los entrepisos es soportada por los pórticos tradicionales.

En Venezuela las Torres de oficina “PARQUE CENTRAL” – Arq. Daniel Fernández-Shaw son un ejemplo de este tipo de estructuras.




SOLUCIONES TIPICASSOLUCIONES TIPICASCON TUBOS EXTERIOR.CON TUBOS EXTERIOR.

SOLUCIONES CON TUBOS INTERIOR.SOLUCIONES CON TUBOS INTERIOR.MARINA CITY – Chicago Illinois.MARINA CITY – Chicago Illinois.




TUBO EN TUBO:TUBO EN TUBO:Es el sistema que surge en base a la

siempre imperante necesidad de tener espacios libres de columnas, donde es conveniente disponer de un sistema estructural que aporte esta condición.

Los edificios altos de oficinas generalmente tienen una gran área destinada a los servicios y resulta ventajosa agruparlas en un núcleo central formado por pantallas o una estructura tubular.

En este tipo de estructuras, el tubo central tiene como función principal absorber la carga vertical, es decir sirve de apoyo a las vigas que soportan el entrepiso y el tubo exterior es el encargado de resistir las fuerzas horizontales.




ESTRUCTURA MULTITUBULAR:ESTRUCTURA MULTITUBULAR:

Las estructuras Multitubulares o de Haz de Tubos están formadas por un grupo de estructuras Tubo agrupadas entre si, las cuales forman una sola pieza. Cuando el ancho de la fachada de una estructura tubo es mayor a 20 mts, se presentan deformaciones considerables en el tubo perimetral.

Estas deformaciones pueden ser contrarrestadas creando líneas de resistencia entre las fachadas opuestas. Estas líneas de resistencia son también pórticos tipo tubo, que hacen que el tubo perimetral este subdividido internamente en grupo de tubos mas rígidos.

Ejemplo: Torres Sears – Chicago.




RESUMEN:RESUMEN:Los sistemas de Pórticos o de esqueleto estructural, proporcionan "mayor

libertad y flexibilidad para la disposición del espacio interno.

Los sistemas de pantallas requieren un planteamiento cuidadoso para evitar fuertes torsiones en planta; debe hacerse una distribución regular de las pantallas, estableciendo el criterio de la simetría.

Los grandes muros de concreto tienden a limitar la flexibilidad en la distribución de los espacios internos, es por ello que en los edificios donde el uso requiere gran versatilidad, como por ejemplo, en edificios para oficinas, resulta muy conveniente ubicar las pantallas limitando las áreas de circulación vertical y de servicios.

Los sistemas de fachada resistente, condicionan de manera significativa el aspecto externo del edificio, pero facilitan mucho la organización del espacio interno (distribución).

Los edificios con pisos suspendidos, permiten tener en la planta baja grandes espacios abiertos por no existir columnas en las fachadas, en los edificios sobre pilotes, está ventaja puede extenderse a los demás pisos del edificio.




TIPOLOGIAS ESTRUCTURALESTIPOLOGIAS ESTRUCTURALESP

AN

TA

LLA

S.

PÓ

RTIC

OS

Y P

AN

TA

LLA

S.

SIS

TEM

AS

PU

EN

TE.

TU

BO

IN

TER

IOR

.

TU

BO

EX

TER

IOR

.

TU

BO

EN

TU

BO

.

MA

STIL

Y P

AN

TA

LLA

.

TU

BO

RID

IGIZ

AD

O (

DIA

GO

NA

L).

HA

Z D

E T

UB

OS

.

4. sistemas estructurales para edificios altos

Documents