Estructura de edificio en altura

EDIFICIO EN ALTURA
PREDIMENSIONADO, CÁLCULO Y ANÁLISIS
ESFUERZOS DE LAS PANTALLAS METALICAS
DE
Consideramos que el edificio tiene dos niveles de sótano teniendo 18 niveles por encima de la
rasante siendo tres de ellos dedicados a instalaciones por estar conformados por cerchas metálicas como
vigas de las que colgaremos 5 plantas del edificio en cada una.
Para calcular la pantalla tendremos que las cargas serán transmitidas de la siguiente manera:
Para meter las cargas en la pantalla, calculamos la carga que se llevaría el extremo de éstas siendo la
que actúa sobre un cuarto de la planta
-forjado tipo: concarga = 0.478 T/m2. sobrecarga=0.4 T/m2.
-cubierta: concarga=0.0133 T/m2.
sobrecarga=0.100 T/m2.
2
-escalera: concarga=0.310 T/m .
sobrecarga=0.400 T/m2.
-cerramiento:0.00947 T/m2.
-área total:343 m2. –sup.huecos:4x5.44=21.76 m2. -área sobre la que actúa cc.sc uso:321.24m2.
-perímetro total del edificio:67.60 m. -cerramiento que rodea huecos: 9.33x2=18.66m. total:86.26m.
-forjado tipo recibe de cargas: cc=0.478x321.24=153.55T sc:0.4x321.24=128.5T.
-escalera: cc.=9.33x0.31=2.89T. sc.=9.33x0.1=0.933T.
-cerramiento: cc.=0.00947x86.26=0.817T.
-total carga que actúa en forjado tipo: cc.=157.26T sc.=129.43 T.
dicha carga(concarga:157.26/4=39.32x4plantas=157.28T;sobrecargas:129.43/4= 32.36x4plantas=
129.43) la introducimos puntualmente bajo la cercha (esto es una simplificación ya que según vemos en el
esquema de la pantalla los soportes que trabajan como tirantes en los extremos de la planta se llevan su
correspondiente carga hacia la cercha para transmitirlo a la pantalla en el punto donde hemos situado la
puntual –con carga total- siendo el resto de la carga transmitida directamente por planta a la pantalla; pero
para homogeneizar piezas vamos a dispones de tres grupos diferentes de barras en pantallas
correspondiéndose con los tres paquetes que colgamos a las cerchas; por ello a efectos de cálculo no
afectaría la simplificación de la introducción de las cargas.
extremos de pantallas
tirantes
zona que carga sobre
viga (cercha metálica)
Las últimas tres plantas, así como las que están sobre la cercha descansan sobre pilares y sobre la
cercha, respectivamente, por lo que la carga que se llevará estos puntos corresponderá a la de su área de
influencia.
Nota: los “pilartes” de las plantas sótanos no los calcularemos ya que realmente lo que aquí tenemos son
muros de sótano, tema desarrollado en otras asignaturas.
(cc.20.48+sc 17.14) Tn
(cc.=9.42+sc=7.61)Tn
Para introducir la carga de viento: las pantallas absorben toda la carga. Multiplicamos el valor de la fuerza
que actúa en cada planta por la longitud de fachada sobre la que incide, de ese modo introduciremos la
carga puntual que incide sobre la pantalla; debido a la doble simetría del edificio basta con que
calculemos la fuerza que actúa en un cuadrante, esta será la misma en los demás.
carga puntual que introducimos en pantalla por niveles:
altura
4
Presión (T)
6.35
Succión(T)
3.18
8
7.54
3.77
12
8.23
4.12
16
8.75
4.35
20
9.00
4.50
24
28
9.24
9.37
4.61
4.69
32
9.55
4.77
36
9.65
4.83
40
9.82
4.92
44
10.00
4.99
48
52
10.15
10.30
5.08
5.15
56
10.40
5.20
60
10.50
5.25
64
10.62
5.30
68
10.75
5.38
72
4.20
2.10
PREDIMENSIONADO DE LA PANTALLA.
Como explicamos cuando hicimos la introducción de cargas en el modelo, hemos agrupado las barras
que conforman la pantalla en tres grupos correspondientes a los paquetes de plantas que colgamos de la
cercha.
Cargas del grupo 1:
Q=1.07+157.26=158.33T
S=8.03+129.43=137.46T.
Cargas del grupo 2:
Q=158.33+39.32x5=354.93T
S=137.46+32.36x5=291.23T.
Cargas del grupo 3:
Q=354.93+39.32x5+3x20.48=612.97T
S=291.23+32.36x5+3x17.14=504.45T
Para soportar las cargas que hemos caculado no tenemos suficiente con perfiles simples por lo que
utilizaremos un perfil genérico colocado de la siguiente forma para mantener la simetría
el
comportamiento de la estructura
Calculamos las inercias y áreas de varios tipos de perfiles:
-2HEM300
Ix+Iy=IG =54687 cm4
A=450.2cm2
i=11.02
-2HEM400
Ix+Iy=IG =123454 cm4
A=651.6cm2
i=13.76
-2HEM500
Ix+Iy=IG =181084cm4
A=688.6cm2
i=16.22
-2HEM550
Ix+Iy=IG=217142 cm4
A=708.8cm2
i=17.50
-2HEM600
Ix+Iy=IG=256422 cm4
A=727.4cm2
i=18.78
Realizamos la comprobación de resistencia:
N*W/A menor o igual que u
Para calcular la W tomaremos el valor de  para el  más desfavorable=0.87.
Cálculo de :
1º Hallamaos el grado de empotramiento de las barras verticales de la pantalla:
K=(Iv / Lv+ Iw / Lw) /( I / L+Ip /Lp+Iv / Lv+Iw / Lw)
(para ello vamos a suponer que las barras del
-grupo1 están formadas por 2HEM300
-grupo1 están formadas por 2HEM400
-grupo1 están formadas por 2HEM500
datos obtenidos a partir de realizar un tanteo teniendo en cuenta el axil que es capaz de soportar cada
área, decidiendo mayorar el resultado obtenido de este tanteo por efectos de momentos que tenga que
soportar la estructura.
Así en los pilares de la pantalla en planta sótano (nivel –2) tenemos
K1=1
K2=(181084/400) / (181084/400+181084/400)=0.5
Entrando en la tabla 3.2.4.4.A. obtenemos el coeficiente de esbeltez  para pilares de estructuras con
recuadros arriostrados siendo en este caso =0.63.
En los demás casos, a excepción de la planta última, los valores oscilan entre  = 0.86-0.87 por lo que
tomaremos para simplificar =0.87 ya que es algo más desfavorable. Finalmente en planta última
obtenemos =0.82.
Obtenidos los valores de  calculamos la longitud de pandeo Lp =·L
-planta –2Lp=0.63·4=2.52
-demás plantas  Lp=0.87·4=3.48
-planta superior  Lp=0.82·4=3.28
calculamos  (para hallar el coeficiente de pandeo ) entrando en la tabla 3.2.7 según tipo de acero A42 y
valor de .
=Lp / i
 para planta –2=252/16.22=15.53 para A42=1.02
 para plantas del grupo1=348/16.22=21.45 para A42=1.02
 para plantas del grupo2=34813.76/16.22=25.29 para A42=1.03
 para plantas del grupo3=348/11.02=31.58 para A42=1.04
 para planta superior=328/11.02=29.76 para A42=1.04
Ahora sí realizamos la comprobación de resistencia:
N*W/AGrupo 1 N*=158.33·1.5+137.46·1.6=457.431T
4573.1KN·1.02/26=179 cm2  cumple de sobra con los 2HEM 300 pero los colocaremos estos como
explicamos anteriormente.
Grupo 2 N*=354.93·1.5+291.23·1.6=998.363T
9983.63KN·1.03/26=395.5 cm2  cumple de sobra con los 2HEM 400 .
Grupo 1 N*=612.97·1.5+504.45.4·1.6=1726.58T
17265.8KN·1.02/26=677 cm2  cumple 2HEM 500.
Introducimos la estructura en CYPE metal.
*Comprobación de barras - todas cumplen
*Comprobación de desplazamiento d<H/500=80/500=0.16 m y tenemos 0.43  NO CUMPLE.
Aumentando todas las secciones de las barras de las pantallas continuamos sin cumplir los
desplazamientos, esto es debido a la esbeltez de la estructura (tenemos 80 metros de altura y 7 de canto
por lo que para resistir los desplazamientos aumentaremos éste con el siguiente diseño.
Comprobamos el desplazamiento colocando la barra inclinada hasta que nos salga menos que el
admisible; lo obtenemos con la barra negra (las grises son los diferentes tanteos) en este modelo sí que
nos cumple: d=15 cm<16 cm  CUMPLE.
Al cambiar a este diseño ya no son los pilares del grupo 3 los que soportan la mayor carga axil debido a la
aparición de la barra, siendo los del grupo 2 los que mayor carga soportan. Finalmente tenemos los
siguientes grupos de barras en la pantalla:





AXILES
CORTANTE Y.
CORTANTE Z.
MOMENTO Y.
MOMENTO Y.
DEFORMADA