Los edificios altos requieren un sistema para absorber cargas laterales de modo que la estructura permanezca estable bajo cargas laterales. Los edificios están sujetos principalmente a cargas laterales provocadas por el viento y los terremotos.
A medida que los edificios crecen, aumentan las cargas horizontales que se les imponen. Además, el efecto de la carga lateral se vuelve más severo a medida que aumenta la altura de la estructura.
Los siguientes tipos de cargas pueden ocurrir durante la planificación de la construcción.
- cargas de viento
- Cargas sísmicas
- Presión del agua
- presión de la tierra
- carga nacional
Para soportar cargas laterales se utilizan diferentes sistemas estructurales según el tipo de edificación. De estos métodos, los siguientes se utilizan comúnmente en edificios.
- Marco
- Preparación
- Muros de corte
- Interacción pared-estructura
- Soporte de sistemas
- Amortiguadores de masa sintonizados (TMD)
- Tirantes resistentes al pandeo (BRB)
- Sistemas de muros estructurales
- Sistemas híbridos
- Sistemas de membrana exterior
- Amortiguador de fricción deslizante
Marco
Si hay un edificio, la estructura suele estar hecha de un marco. En la mayoría de los edificios existen estructuras de marco.
Vigas y soportes interconectados forman la estructura. Si la conexión entre la viga y la columna es rígida, el marco puede transferir cargas laterales a la cimentación.
Por este motivo, los marcos rígidos se consideran un sistema de soporte de carga lateral. Las estructuras de marco de columnas de soporte se pueden utilizar como un sistema para soportar cargas laterales hasta una altura de 15 a 20 pisos.
Preparación
Las correas se utilizan principalmente en estructuras de acero para mejorar la resistencia a cargas laterales. Además, también se instalan en edificios de hormigón para mejorar la resistencia a cargas laterales.
Los siguientes tipos de arriostramiento se utilizan en edificios de acero.
- Diagonales individuales
- tirantes cruzados
- Teclas K
- teclas V
Este tipo de arriostramiento resiste cargas laterales de viento, terremotos y cargas nacionales.
El artículo Tipos de formas estructurales para edificios altos analiza el arriostramiento con más detalle.
Disco de pared
Un muro de hormigón construido desde el nivel de la base hasta la parte superior del edificio se considera un muro de corte. Soporta cargas laterales y cargas verticales ejercidas por el elemento estructural conectado a él.
El muro de corte por sí solo puede soportar la carga lateral de edificios de unos 20 pisos. Además, también podría tenerse en cuenta la contribución del cuadro.
Los muros de corte deben fijarse al nivel de la base para soportar eficazmente las cargas laterales.
La rigidez del muro de corte es el factor clave que afecta la resistencia a la carga de corte del muro. La longitud y el ancho del muro son los principales factores que afectan la rigidez de los muros.
Interacción pared-estructura
Como se explicó anteriormente, el muro de corte puede soportar cargas laterales hasta cierto punto. En cierto nivel, necesitamos un método diferente de soporte para lograr la capacidad de carga requerida.
Debido a las limitaciones del forjado no podemos continuar con los muros de corte ya que queremos la rigidez necesaria. La tarea más importante es construir una estructura que proporcione los servicios necesarios. Por tanto, los diseñadores necesitan encontrar alternativas para mejorar las capacidades estructurales.
Considerar la interacción pared-estructura es una de las mejores formas de utilizar la capacidad inherente de los sistemas estructurales.
Considerar esta interacción mejora significativamente la capacidad estructural en comparación con considerar solo el muro de corte.
Soporte de sistemas
Los sistemas en voladizo son elementos estructurales horizontales (voladizos) que conectan el núcleo del edificio con columnas o paredes exteriores. Estos sistemas distribuyen las cargas laterales por toda la altura del edificio.
Beneficios :
- Reduce eficientemente el balanceo del edificio.
- Adecuado para edificios altos y delgados.
- Puede mejorar el rendimiento estructural general.
Amortiguadores de masa sintonizados (TMD)
Los TMD son dispositivos mecánicos colocados dentro del edificio para contrarrestar las fluctuaciones causadas por el viento o las fuerzas sísmicas. Consisten en una masa (a menudo un gran péndulo) que se mueve en respuesta a movimientos laterales, mitigando la oscilación del edificio.
Beneficios :
- Eficaz para reducir la incomodidad de los ocupantes.
- Se puede adaptar a edificios altos existentes.
- Mejorar la estabilidad del edificio sin aumentar la rigidez estructural.
Tirantes resistentes al pandeo (BRB)
Los puntales resistentes al pandeo son un tipo de estructura de soporte que proporciona estabilidad lateral al disipar las fuerzas sísmicas a través de mecanismos de absorción de energía. Estos soportes constan de un núcleo de acero rodeado por una capa exterior. Durante un terremoto, el núcleo permanece estable mientras que la carcasa cede y absorbe energía sísmica.
Beneficios :
- Excepcional comportamiento sísmico.
- Comportamiento de flujo predecible y controlable.
- Mínima deformación permanente después de un terremoto.
Sistemas de muros estructurales
Los sistemas de muros de carga utilizan muros de carga en las direcciones longitudinal y transversal del edificio. Estos muros resisten cargas laterales transfiriéndolas a los cimientos.
Beneficios :
- Sencillez y coste-beneficio.
- Adecuado para edificios de media altura con planos de planta repetidos.
- Proporciona resistencia a la carga lateral y a la gravedad.
Sistemas híbridos
Los sistemas híbridos de manejo de carga lateral combinan dos o más de los métodos anteriores para optimizar el rendimiento. Por ejemplo, una combinación de pórticos resistentes a momentos y muros de corte puede proporcionar una mayor resistencia lateral y al mismo tiempo permitir flexibilidad arquitectónica.
Beneficios :
- Soluciones a medida para requisitos específicos del proyecto.
- Las sinergias entre diferentes sistemas pueden mejorar el rendimiento general de la estructura.
- Adecuado para geometrías de construcción complejas.
Sistemas de membrana exterior
En algunos edificios altos, el revestimiento exterior o el sistema de muro cortina pueden diseñarse para actuar como una membrana que resiste cargas laterales. Estos sistemas transfieren cargas laterales al núcleo del edificio u otros elementos estructurales.
Beneficios :
- Permite una fachada arquitectónica elegante e ininterrumpida.
- Los elementos estructurales y arquitectónicos se integran por razones de eficiencia.
Amortiguador de fricción deslizante
Los amortiguadores de fricción deslizantes son dispositivos pasivos de disipación de energía instalados en el sistema de suspensión de carga lateral. Absorben energía permitiendo el deslizamiento controlado entre componentes estructurales durante eventos sísmicos.
Beneficios :
- Eficaz para reducir las fuerzas sísmicas y la deriva.
- Mínimo impacto visual en la estética del edificio.
- También se puede adaptar a estructuras existentes.
El artículo Tipos de formas estructurales para edificios altos también analiza los sistemas estructurales utilizados en edificios altos para soportar cargas posteriores.
