Los edificios altos son vulnerables a fuerzas laterales, como el viento y la actividad sísmica, que pueden provocar balanceos y afectar la comodidad y seguridad de los ocupantes. Para superar estos desafíos, los ingenieros han desarrollado sistemas estructurales innovadores y uno de esos sistemas es el sistema voladizo. En este artículo, exploraremos los sistemas en voladizo, sus principios, aplicaciones y su papel crucial para garantizar la estabilidad de los rascacielos.
Comprender los sistemas de apoyo
Un sistema de soporte es una configuración estructural utilizada en edificios altos para mejorar la estabilidad lateral.
Utiliza cerchas o vigas horizontales llamadas voladizos que conectan el núcleo del edificio (que normalmente contiene ascensores, escaleras y servicios públicos) con los soportes o paredes exteriores.
Los estabilizadores actúan como “brazos voladizos” que se extienden desde el núcleo hasta el perímetro del edificio.
Los principales objetivos de los sistemas de apoyo son:
- Distribución de cargas laterales : Distribuir y equilibrar las fuerzas laterales uniformemente por toda la estructura, evitando oscilaciones excesivas.
- Mejora de la rigidez : aumentar la rigidez general del edificio, reduciendo así la amplitud de las deflexiones laterales.
- Eficiencia estructural : Optimizar el uso de materiales y reducir el tamaño de los elementos estructurales para construir edificios más altos y delgados.
Principios de los sistemas de soporte
La forma en que funcionan los sistemas de apoyo se basa en varios principios básicos:
- Tirantes diagonales : Los voladizos suelen estar equipados con puntales o cerchas diagonales. Estos puntales transfieren fuerzas laterales desde el núcleo a los soportes externos, impidiendo el movimiento lateral.
- Transmisión de fuerzas transversales : Los voladizos facilitan la transferencia de fuerzas cortantes desde el núcleo al exterior del edificio y reducen los momentos flectores en las columnas.
- Transferencia de carga vertical : los voladizos también pueden ayudar a transferir algunas de las cargas verticales desde los pisos superiores del edificio al núcleo, mejorando la distribución de la carga.
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Tipos de sistemas de apoyo
Existen varias variantes de sistemas de soporte, cada una adaptada a requisitos arquitectónicos y técnicos específicos:
1. Pluma de armadura de correa :
Un voladizo de armadura de cinturón es un sistema estructural utilizado en la construcción de edificios altos para mejorar su estabilidad, neutralizar fuerzas laterales (como cargas de viento y sísmicas) y garantizar la integridad estructural.
Este sistema consiste en la instalación de una cercha horizontal, normalmente de acero u hormigón armado, que rodea el perímetro del edificio. Estos son los aspectos principales de los voladizos de armadura de cinturón:
Objetivo :
Mejora de la estabilidad lateral : los edificios altos son susceptibles a las fuerzas laterales, lo que puede provocar balanceos e incomodidad a los residentes. Los voladizos de armadura de cinturón están diseñados para aumentar la resistencia de un edificio a tales fuerzas, asegurando que permanezca estable y se minimicen los movimientos.
Distribuir cargas : estos voladizos distribuyen eficazmente las fuerzas laterales causadas por el viento y los terremotos en las columnas exteriores del edificio. Esta distribución uniforme evita tensiones concentradas y posibles daños estructurales.
caracteristicas tecnicas :
Armazón horizontal : El componente principal de un voladizo de armazón de cinturón es el armazón horizontal. Esta estructura rodea el edificio y conecta los soportes externos. Actúa como anillo estructural y aporta la rigidez y resistencia necesarias.
Transferencia de carga : La armadura transfiere las fuerzas laterales que actúan sobre el edificio al núcleo central o muro central, que generalmente es una parte más fuerte y estable de la estructura. Este mecanismo de transferencia de carga evita oscilaciones excesivas.
Rigidez estructural : la armadura horizontal aumenta significativamente la rigidez estructural general del edificio y reduce la deflexión lateral y el balanceo. Esta rigidez es fundamental para la comodidad y seguridad de los residentes en edificios altos.
Aplicaciones en edificios de gran altura :
Rascacielos altos : los voladizos de armadura se utilizan ampliamente en la construcción de rascacielos altos y edificios super altos para enfrentar los desafíos de las cargas de viento a grandes altitudes.
Áreas con riesgo de terremotos : en regiones con alta actividad sísmica, estos sistemas en voladizo ayudan a mejorar la resistencia de un edificio a las fuerzas laterales inducidas por terremotos.
Integración arquitectónica : los voladizos de armadura se pueden integrar en el diseño arquitectónico de edificios altos. Cuando se integran de forma inteligente, pueden ser visibles y convertirse en una parte llamativa de la estética del edificio.
Resistencia al viento : Los voladizos de armadura ayudan a los edificios altos a resistir los fuertes vientos al proporcionar estabilidad lateral adicional y reducir el balanceo inducido por el viento.
Comodidad para los ocupantes : al reducir la vibración del edificio, los voladizos de celosía garantizan la comodidad y seguridad de los residentes, especialmente en los pisos más altos.
Los voladizos de armadura de cinturón son cruciales en la construcción de edificios altos ya que cumplen con los requisitos de estabilidad y resistencia a las fuerzas laterales.
Su diseño de ingeniería y capacidades de distribución de carga los convierten en un componente valioso de estructuras altas y arquitectónicamente impresionantes, lo que garantiza la integridad estructural, la seguridad y el bienestar de los ocupantes.
2. Voladizo de celosía de sombrero :
Un estabilizador de celosía es un sistema estructural que se utiliza a menudo en la construcción de edificios altos para mejorar su estabilidad y resistencia a fuerzas laterales, especialmente cargas de viento y terremotos.
Este sistema se caracteriza por el uso de una armadura horizontal o “truss de sombrero” ubicada en los niveles superiores del edificio, a menudo cerca del techo o la corona. Estos son los detalles clave sobre los voladizos de armadura de sombrero:
Componentes y diseño :
Hat Truss : La característica principal de un Hat Truss Outrigger es el armazón horizontal que toma la forma de un “sombrero”. Esta cercha recorre todo el perímetro del edificio y suele ubicarse en los niveles superiores, creando un anillo horizontal alrededor de la estructura.
Conexiones : La armadura del sombrero se conecta al núcleo central o pared central del edificio y a los soportes externos. Estas conexiones aseguran que las fuerzas laterales se distribuyan y transfieran efectivamente desde la capa exterior del edificio a su núcleo, aumentando la estabilidad general.
Objeto y funciones :
Estabilidad lateral : Las vigas de sombrero desempeñan un papel crucial en la mejora de la estabilidad lateral de un edificio alto. Están diseñados para compensar las oscilaciones y movimientos provocados por fuertes vientos y actividades sísmicas, garantizando comodidad y seguridad a los ocupantes.
Transferencia de carga : La función principal de la armadura de sombrero es absorber fuerzas laterales como: B. cargas de viento que se transferirán al núcleo central o la pared central del edificio. Este mecanismo de transferencia de carga evita una desviación excesiva y garantiza que el edificio permanezca en pie.
Rigidez estructural : Al agregar una armadura horizontal en los pisos superiores, el sistema aumenta significativamente la rigidez estructural general del edificio. Esta rigidez reduce el balanceo lateral y la curvatura, especialmente en estructuras altas.
Formas :
Edificios imponentes : las vigas de sombrero se utilizan ampliamente en la construcción de edificios altos y edificios súper altos. Son particularmente valiosos en lugares donde los fuertes vientos o la actividad sísmica comprometen la estabilidad estructural.
Integración arquitectónica : en muchos casos, los estabilizadores Hat Truss se integran en el diseño arquitectónico de edificios altos. Pueden ser visibles y convertirse en una parte llamativa de la estética del edificio.
Regiones con riesgo de terremotos : los edificios en regiones propensas a terremotos se benefician de la estabilidad adicional proporcionada por los sistemas de vigas en voladizo que ayudan a resistir las fuerzas laterales durante eventos sísmicos.
En resumen, el sistema Hat Truss Outrigger es un componente crucial en la construcción de edificios altos, ya que garantiza que permanezcan estables y resistentes a las influencias ambientales. Este sistema mejora la rigidez estructural, distribuye cargas y contribuye al confort y seguridad de los ocupantes de edificios altos.
3. Corbatas combinadas para cinturón y sombrero :
La combinación de Belt Truss y Hat Truss en el diseño de un rascacielos es un enfoque eficaz para mejorar la estabilidad estructural, mitigar las fuerzas laterales y garantizar la integridad estructural del edificio, especialmente en condiciones ambientales difíciles.
Este sistema combinado aprovecha las fortalezas de ambos tipos de truss para ofrecer un rendimiento superior. A continuación se ofrece una descripción general de la integración de truss y sistemas de truss:
Como se mencionó anteriormente, la viga de correa es una viga horizontal que envuelve todo el perímetro del edificio y conecta los soportes externos. Su tarea principal es distribuir fuerzas y momentos laterales, como los causados por el viento y los terremotos, a través de la estructura del edificio.
La viga sombrero, por otro lado, es una viga horizontal ubicada en los niveles superiores del edificio, generalmente cerca del techo o la corona. Conecta el núcleo central o pared central a los soportes externos y sirve para mejorar la estabilidad lateral y la rigidez estructural.
Ventajas combinadas :
La integración de ambos sistemas de truss en un proyecto de gran altura ofrece varias ventajas:
Mejor estabilidad lateral : la combinación de un armazón de cinturón y un armazón de sombrero ofrece una solución integral para absorber las fuerzas laterales. La red de sombrero en los niveles superiores reduce la oscilación, mientras que la red de cinturón cerca de la base distribuye eficazmente estas fuerzas.
Distribución de carga : las fuerzas laterales se distribuyen uniformemente entre los soportes externos, evitando concentraciones de tensiones locales. Esta distribución uniforme mejora la capacidad de carga general del edificio.
Integración arquitectónica : con una planificación cuidadosa, la combinación de sistemas de vigas y tirantes se puede integrar en el diseño arquitectónico del edificio, contribuyendo a su estética y creando elementos de diseño distintivos.
Resistencia al viento y a los terremotos : este enfoque dual garantiza que el edificio pueda resistir eficazmente el viento y los terremotos y, por lo tanto, sea adecuado para construcciones de gran altura en regiones propensas a estos desafíos.
Formas :
La combinación de sistemas de cinturones y percheros es especialmente adecuada para la construcción de edificios muy altos y rascacielos. A menudo se elige para edificios de gran altura en áreas urbanas donde las cargas de viento y la actividad sísmica juegan un papel importante.
Complejidad y costos :
Es importante señalar que la integración de ambos sistemas puede aumentar la complejidad del diseño estructural y la construcción del edificio. Esto puede generar costos más altos, pero a menudo se considera que los beneficios adicionales en términos de estabilidad, seguridad y comodidad para los residentes valen la inversión.
La combinación de sistemas de vigas y tirantes en la construcción de edificios altos proporciona una solución sólida a los desafíos que plantean las fuerzas laterales. Este enfoque garantiza la estabilidad estructural del edificio incluso en condiciones ambientales adversas y contribuye al rendimiento general y la seguridad de las estructuras altas.
Los sistemas voladizos son una herramienta importante en la construcción de edificios altos, ya que garantizan su estabilidad y resistencia a fuerzas laterales, como el viento y los terremotos.
A través de una distribución eficiente de la carga y una mayor rigidez, estos sistemas permiten la construcción de rascacielos icónicos que dan forma a nuestros paisajes urbanos.
A medida que la tecnología y las prácticas de ingeniería sigan evolucionando, los sistemas en voladizo seguirán siendo una parte integral de la construcción de edificios cada vez más altos e innovadores que darán forma a las ciudades del futuro.
