Entrega final velasco murillo

ESTRUCTURA VERTICAL PARA UN CAMPUS UNIVERSITARIO ANÁLISIS ESTRUCTURAL

Angèlica Velasco y Laura Daniela Murillo

1.

INTRODUCCIÓN: LOCALIZACIÒN Transversal 1 con Calle 18 - Bogotá, Colombia.

1.

INTRODUCCIÓN: USO Y PROGRAMA DEL PROYECTO Área del lote: 1.410 m2 USO Crear la dinámica espacial de un campus universitario dentro de una estructura vertical

PROGRAMA 1 Cancha múltiple 1 Auditorio para 180-200 personas 2 Salones para 100 estudiantes 10 Salones para 25 estudiantes

2. CONCEPTO

INTENCIĂ“N

Secuencia de etapas desfasadas

RETOS ESTRUCTURALES

- Manejo de grandes luces en los espacios de la cancha mĂşltiple y auditorio donde se interrumpe la continuidad vertical - Manejo de grandes voladizos

PROPUESTA

Conformar la estructura del edificio a partir de un anillo horizontal y un anillo vertical

3. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS : CONFIGURACIÓN GEOMÉTRICA MODELO 1 El primer modelo consistía en conformar el anillo horizontal del edificio con una cercha, la cual se apoyaba en el primer nivel sobre de unos pórticos de acero y sostenía en el último nivel unas vigas Vierendeel.

Fachada Norte

Fachada Oriente

Fachada Sur

Fachada Occidente

3. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS: MATERIALES ● Muros de carga en concreto 40 cm

● Perfiles en acero HEA 340

● Vigas en concreto 40 cm x 40 cm

● Perfiles en acero HEA 120

● Perfiles en acero HEA 600

● Perfiles en acero HEA 260

3. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS : ANÁLISIS DE CARGAS

CARGA MUERTA ● Peso propio estructura: 910,41 Ton ● Losa: 350kg/m2 ● Acabados: 275 kg/m2 ● Divisiones: 50 kg/m2 Total: 675 kg/m2 CARGA VIVA ● Universidades y colegios: 200 kg/m2 ● Salas de lectura: 300 kg/m2 ● Graderías: 500 kg/m2 Total= 1000 kg/m2

CARGA SÍSMICA ● Carga muerta: 675 kg/m2 ● Área del edificio: 4.518 m2 ● Peso edificio = 3.126.871 Kg =3.126 Ton Total: Peso (3.126 Ton) * 0,5 = 1.563 Ton + 910,41 Ton = 2.473 Ton

3. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS: FUERZAS FUERZAS AXIALES

Se observa que el nivel inferior a la cercha trabaja a tracción, esto se debe a que ese piso se descuelga de esta. Por otro lado las columnas que se encuentran cercanas al voladizo, sufren fuerza de compresión ya que deben cubrir una luz de 27 metros y no cuenta con apoyos intermedios. La modulación irregular de la cercha demuestra que los puntos que trabajan a tracción se intercalan a los de compresión.

3. ANร LISIS DE ALTERNATIVAS: FUERZAS MOMENTO

Se puede observar que el el edificio presenta mayor momento en su cimentaciรณn debido a que las cargas rematan en estos puntos. Por otro lado, los momentos de la cercha perimetral son mayores en el los voladizos, pues esos puntos son los que mรกs estรกn resistiendo a las cargas, siendo necesario agregarle riostras para resistir las cargas horizontales.

3. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS: FUERZAS CORTANTE

Se observa que los apoyos son los que sufren mayor fuerza cortante debido a que todas las cargas llegan a estos. Por otro lado, las columnas de los extremos ubicadas en el penúltimo nivel sufren mayor cortante a comparación de las demás, pues estas son las que se encuentran más cerca a los voladizos

3. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS: FUERZAS DEFORMACIÓN

Se puede observar que la falta de rigidización en el edificio trae como consecuencia una gran deformación en el voladizo en donde se encuentra la cancha, debido a esto es necesario rigidizar los porticos para que resistan las cargas horizontales de manera eficiente.

3. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS: VERIFICACIÓN DERIVA Y TORSIÓN

Dirección: X Nivel

Nodo

DX (mm)

D1 - D2 (mm) Altura (mm)

Deriva

Porcentaje

Cubierta

73

985,07

29,78

4000

7,445

0,74%

6

62

955,29

16,15

4000

40,375

0,40%

5

43

939,14

42,88

4000

1,072

1,07%

4

101

896,26

310,59

4000

776,475

7,76%

3

20

585,67

585,36

4000

14,634

14,63%

2

16

0,31

0,31

4000

775

0,01%

1

161

0

0

4000

0

0,00%

Último nodo ∆1 NODO 73 (mm)

∆2 NODO 75 (mm)

CONSTANTE

PROMEDIO (mm)

RESULTADO (mm)

985,07

2342,73

1,2

1663,9

1996,68

∆1 NODO 101 (mm) 896,26

∆2 NODO 46 (mm) 2217,36

CONSTANTE

PROMEDIO (mm)

RESULTADO (mm)

1,2

1556,81

Nodo intermedio

1,868,172

3. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS: VERIFICACIÓN DERIVA Y TORSIÓN

Dirección: Z Nivel

Nodo

Cubierta

DZ (mm)

D1 - D2 (mm) Altura (mm)

Deriva

Porcentaje

75 4824,28

64,16

4000

1,604

1,60%

6

65 4760,12

-13,77

4000

-34,425

-0,34%

5

37 4773,89

73,15

4000

182,875

1,83%

4

46 4700,74

1800,04

4000

45,001

45,00%

3

36 2900,7

2898,53

4000

7,246,325

72,46%

2

28 2,17

2,17

4000

5,425

0,05%

1

56

4000

0

0,00%

0

0

Último nodo ∆1 NODO 73 (mm) 3919,17

Nodo intermedio ∆1 NODO 101 (mm) 3819,99

∆2 NODO 75 (mm) 4824,28 ∆2 NODO 46 (mm) 4700,74

CONSTANTE 1,2 CONSTANTE 1,2

PROMEDIO (mm) 4,371,725 PROMEDIO (mm) 4,260,365

RESULTADO (mm) 5246,07 RESULTADO (mm) 5,112,438

3. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS : CONFIGURACIÓN GEOMÉTRICA MODELO 2

El segundo modelo mantiene la cercha perimetral pero con dos diagonales por mòdulo.

Esta cercha se apoya sobre unos pórticos de acero y se encuentra a la vez amarrada en los últimos niveles por medio de unas cerchas.

Fachada Norte

Fachada Oriente

Fachada Sur

Fachada Occidente

3. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS: MATERIALES ● Muros de carga en concreto 40 cm

● Vigas en concreto 40 cm x 40 cm

● Perfiles en acero HEB 400

● Perfiles en acero HEB 900

● Perfiles tubulares en acero 20 cm x 20 cm

3. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS : ANÁLISIS DE CARGAS

CARGA MUERTA ● Peso propio estructura: 1095 Ton ● Losa: 350 kg/m2 ● Acabados: 275 kg/m2 ● Divisiones: 50 kg/m2 Total: 675 kg/m2 CARGA VIVA ● Universidades y colegios: 200 kg/m2 ● Salas de lectura: 300 kg/m2 ● Graderías: 500 kg/m2 Total= 1000 kg/m2

CARGA SÍSMICA ● Carga muerta: 675 kg/m2 ● Área del edificio: 4.518 m2 ● Peso edificio = 3.126.871 Kg =3.126 Ton Total: Peso (3.126 Ton) * 0,5 = 1.563 Ton + 1095 Ton = 2658 Ton

3. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS: FUERZAS FUERZAS AXIALES

En comparación al modelo 1, se empleó la modulación simétrica de la cercha que forma el anillo horizontal con el fin de distribuir de una manera eficiente las cargas. Las diagonales de las cerchas del último piso trabajan a tracción, pues de esta descuelga el nivel inferior. Las columnas ubicadas a los extremos del pórtico trabajan a compresión, pero a medida que aumenta la altura disminuye.

3. ANร LISIS DE ALTERNATIVAS: FUERZAS MOMENTO

En comparaciรณn al modelo 1, se puede observar que el momento en los pisos superiores disminuyรณ debido a la rigidez que aportan las cerchas. De igual manera, los momentos de la cercha perimetral disminuyen al agregar diagonales en ambos sentidos.

3. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS: FUERZAS CORTANTE

A diferencia del primer modelo, por un lado el esfuerzo de cortante disminuye a medida que el edificio aumenta en altura. Por otro lado, teniendo la cerca superior,el penúltimo piso funciona estando colgado de esta cercha al no tener apoyos continuos en el piso inferior. Razón por la cual la cortante de estos apoyos centrales desaparece.

3. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS: FUERZAS DEFORMACIÓN

En este caso la deformación del edificio se evidencia más por las cargas verticales que por las horizontales, siendo evidente que algunos puntos necesitan rigidización para disminuir su deformación

3. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS: VERIFICACIÓN DERIVA Y TORSIÓN

Dirección: X Nivel

Nodo

Cubierta

DX (mm)

D1 - D2 (mm) Altura (mm)

Deriva

Porcentaje

73

158,52

30,23

4000

75,575

0,76%

6

62

128,29

7,99

4000

19,975

0,20%

5

43

120,3

9,79

4000

24,475

0,24%

4

101

110,51

-9,93

4000

-24,825

-0,25%

3

20

120,44

120,29

4000

300,725

3,01%

2

16

0,15

0,15

4000

375

0,00%

1

304

0

0

4000

0

0,00%

Último nodo ∆1 NODO 73 (mm) 158,52

Nodo intermedio

∆2 NODO 75 (mm)

CONSTANTE

495,07

∆1 NODO 101 (mm) ∆2 NODO 46 (mm) CONSTANTE 110,51 439,01

PROMEDIO (mm) 1,2

326,795 PROMEDIO (mm)

1,2

274,76

RESULTADO (mm) 392,154 RESULTADO (mm) 329,712

3. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS: VERIFICACIÓN DERIVA Y TORSIÓN

Dirección: Z Nivel

Nodo

Cubierta

DZ (mm)

D1 - D2 (mm) Altura (mm)

Deriva

Porcentaje

75

545,99

406,95

4000

1,017,375

10,17%

6

65

139,04

6,96

4000

174

0,17%

5

37

132,08

-389,43

4000

-973,575

-9,74%

4

46

521,51

478,67

4000

1,196,675

11,97%

3

36

42,84

41,84

4000

1,046

1,05%

2

28

1

1

4000

25

0,03%

1

56

0

0

4000

0

0,00%

Último nodo ∆1 NODO 73 (mm) 321,61

Nodo intermedio

∆2 NODO 75 (mm)

CONSTANTE

545,99

∆1 NODO 101 (mm) ∆2 NODO 46 (mm) CONSTANTE 302,5 521,51

PROMEDIO (mm) 1,2

433,8 PROMEDIO (mm)

1,2

412,005

RESULTADO (mm) 520,56 RESULTADO (mm) 494,406

4. PROPUESTA FINAL: SISTEMA ESTRUCTURAL Sistema estructural combinado con una relación explícita con respecto al cerramiento

Fachada Norte

Fachada Sur

Fachada Oriente

Fachada Occidente

4. PROPUESTA FINAL: COMPONENTES SRS

Muros de carga

Anillo vertical conformado por pòrticos Anillo horizontal conformado por una cercha

Cerchas

4. PROPUESTA FINAL: MATERIALES ● Muros de carga en concreto 40 cm

● Perfiles en acero HEB 400

● Vigas en concreto 40 cm x 40 cm

● Perfiles tubulares TUB35035016

● Perfiles en acero HEB 900

● Perfiles tubulares TUB2002006

● Perfiles tubulares TUB 1001004

4. PROPUESTA FINAL: COMPONENTES PLACA Planta pisos 1,2,3,4

4. PROPUESTA FINAL: COMPONENTES PLACA Planta pisos 5 y 6

4. PROPUESTA FINAL: COMPONENTES PLACA Planta Cubiertas

4. PROPUESTA FINAL: COMPONENTES PLACA

Perfil en acero HEA 600

Placa inferior en concreto 6 cm

Lรกmina de steeldeck

Placa superior en concreto 4 cm

Perfil HEB 900

4. PROPUESTA FINAL: ANร LISIS DE CARGAS CARGA MUERTA: Acabados, Losa y Divisiones.

Piso 1

Piso 2 kg/m2

Cielo raso madera

Piso 3 kg/m2

10,5 Cielo raso madera

Piso 4 kg/m2

10,5 Cielo raso madera

10,5 U glass

Piso 5 kg/m2

Piso 6 kg/m2

19,5 U glass

19,5 Cielo raso madera

10,5 Cielo raso madera

10,5 GRC

Cubierta kg/m2

10,5 Teja canaleta

5

GRC

50 GRC

50 GRC

50 Cielo raso madera

Acabado piso

150 Acabado piso

150 Acabado piso

150 GRC

50 GRC

50 Acabado piso

150 Cielo raso madera

10,5

Placa aligerada

350 Placa aligerada

350 Muros divisorios

50 Acabado piso

150 Acabado piso

150 Muros divisorios

50 Placa aligerada

350

45 Placa aligerada

350 Muros divisorios

50 Ventanas

45

Ventanas

45 Ventanas Placa aligerada

Total

560,5 Total

PESO PROPIO

605,5 Total

350 655,5 Total

Placa aligerada 580 Total

350 Placa aligerada 630 Total

50 Impermeabilizaciรณn

kg/m2

1,5

350 655,5 Total

367

4. PROPUESTA FINAL: ANÁLISIS DE CARGAS CARGA VIVA

Universidades y colegios: 200 kg/m2 Salas de lectura: 300 kg/m2 Graderías: 500 kg/m2

Piso 1

Piso 2 kg/m2

U-Colegios

200 U-Colegios

Piso 3 kg/m2 200 Gradería

Piso 4 kg/m2 500 Salas de lectura

Piso 5 kg/m2 300 U-Colegios

Piso 6 kg/m2 200 U-Colegios

Cubierta kg/m2 200 U-Colegios

kg/m2 200

4. PROPUESTA FINAL: ANÁLISIS DE CARGAS CARGA SÍSMICA Piso 1

Piso 2

Piso 3 Carga muerta 0,6 Ton/m2

Piso 4

Piso 5

Piso 6

Cubierta

Carga muerta 0,65 Ton/m2

Carga muerta 0,58 Ton/m2

Carga muerta 0,63 Ton/m2

Carga muerta 0,65 Ton/m2

Carga muerta Ton/m2

Carga muerta 0,56 Ton/m2

Peso propio estructura Ton

Peso propio 202,89 estructura Ton

Peso propio 202,89 estructura Ton

Peso propio 202,89 estructura Ton

Peso propio 202,89 estructura Ton

Peso propio 202,89 estructura Ton

Peso propio 202,89 estructura Ton

202,89

Area m2

632,52 Area m2

875,86 Area m2

875,86 Area m2

382,66 Area m2

875,86 Area m2

875,86 Area m2

629,26

Peso Ton

3,542,112 Peso Ton

525,516 Peso Ton

569,309 Peso Ton

2,219,428 Peso Ton

5,517,918 Peso Ton

569,309 Peso Ton

2,265,336

Total Ton

2,785,506 Total Ton

364,203 Total Ton

3,860,995 Total Ton

2,124,164 Total Ton

3,773,409 Total Ton

3,860,995 Total Ton

2,147,118

0,36

4. PROPUESTA FINAL: AFERENCIA DE VIGAS D´

PLANTA SEGUNDO PISO A´

C´

A

A – A´

B – B´ C – C´

D – D´

D

B´

C

B

4. PROPUESTA FINAL: AFERENCIA DE VIGAS D´

PLANTA TERCER PISO A´

C´

A

A – A´ B – B´ C – C´ D – D´

D

B´

C

B

4. PROPUESTA FINAL: AFERENCIA DE VIGAS D´

PLANTA CUARTO PISO A´

C´

A

A – A´ B – B´ C – C´ D – D´

D

B´

C

B

4. PROPUESTA FINAL: AFERENCIA DE VIGAS D´

PLANTA QUINTO PISO A´

C´

A

A – A´ B – B´ C – C´ D – D´

D

B´

C

B

4. PROPUESTA FINAL: AFERENCIA DE VIGAS D´

PLANTA SEXTO PISO A´

C´

A

A – A´ B – B´ C – C´ D – D´

D

B´

C

B

4. PROPUESTA FINAL: AFERENCIA DE VIGAS D´

PLANTA CUBIERTA A´

C´

A

A – A´ B – B´ C – C´ D – D´

D

B´

C

B

4. PROPUESTA FINAL: CARGAS POR VIGA Carga “q” (kg/m2) * Aferencia viga (m) = Carga “W” viga (kg/m)

4. PROPUESTA FINAL: CARGAS POR VIGA

4. PROPUESTA FINAL: CARGAS POR VIGA

4. PROPUESTA FINAL: CARGAS POR VIGA Carga “q” (kg/m2) * Aferencia viga (m) = Carga “W” viga (kg/m)

4. PROPUESTA FINAL: CARGAS POR VIGA

4. PROPUESTA FINAL: CARGAS POR VIGA

4. PROPUESTA FINAL: FUERZAS FUERZAS AXIALES

Con la rigidización continua en una sección del edificio, las columnas de los primeros pisos reciben una fuerza a compresión más uniforme, en comparación al segundo modelo donde las columnas de los extremos eran las que sufrían una mayor compresión.

4. PROPUESTA FINAL: FUERZAS MOMENTO

Finalmente, se puede observar que las rigidizaciones puestas disminuyen notablemente los momentos que se presentan principalmente en el espacio de la cancha, la cual vence una gran luz. Es evidente que era necesario rigidizar el edificio en todos sus lados para tener buenos resultados.

4. PROPUESTA FINAL: FUERZAS CORTANTE

Teniendo en cuenta que la sección de las columnas del último nivel disminuyó y se agregó rigidización continua en algunos puntos del edificio, se puede observar que la cortante disminuyó principalmente en el pórtico rigidizado y en los voladizos.

4. PROPUESTA FINAL: FUERZAS DEFORMACIร N

Con respecto a la deformaciรณn del edificio, se puede evidenciar que en los puntos donde se implementรณ rigidizaciรณn disminuyรณ notablemente. Por otro lado, Se puede observar que las riostras de ambas cerchas trabajan de manera eficiente beneficiando al edificio con las intenciones a las que se quieren llega.

4. PROPUESTA FINAL: VERIFICACIÓN DE DERIVA Y TORSIÓN

Dirección: X Nivel

Nodo

Cubierta

DX (mm)

D1 - D2 (mm)

Altura (mm)

Deriva

Porcentaje

73

84,91

32,17

4000

80,425

0,80%

6

62

52,74

5,55

4000

13,875

0,14%

5

43

47,19

6,22

4000

1,555

0,16%

4

101

40,97

22,06

4000

5,515

0,55%

3

20

18,91

18,67

4000

46,675

0,47%

2

16

0,24

0,24

4000

6

0,01%

1

313

0

0

4000

0

0,00%

Último nodo ∆1 NODO 73 (mm)

CONSTANTE

∆2 NODO 75 (mm) 84,91

Nodo intermedio ∆1 NODO 101 (mm)

70,83

PROMEDIO (mm) 1,2

RESULTADO (mm) 77,87

93,444

CONSTANTE PROMEDIO (mm) RESULTADO (mm) ∆2 NODO 46 (mm) 40,97 28,33 1,2 34,65 41,58

4. PROPUESTA FINAL: VERIFICACIÓN DE DERIVA Y TORSIÓN

Dirección: Z Nivel

Nodo

Cubierta

D1 - D2 (mm)

DZ (mm)

Altura (mm)

Deriva

Porcentaje

75

52,19

3,72

4000

93

0,09%

6

65

48,47

4,16

4000

104

0,10%

5

37

44,31

5,23

4000

13,075

0,13%

4

46

39,08

22,62

4000

5,655

0,57%

3

36

16,46

15,95

4000

39,875

0,40%

2

28

0,51

0,51

4000

1,275

0,01%

1

56

0

0

4000

0

0,00%

Último nodo ∆1 NODO 73 (mm)

CONSTANTE

∆2 NODO 75 (mm) 61,58

52,19

PROMEDIO (mm) 1,2

56,885

RESULTADO (mm) 68,262

Nodo intermedio ∆1 NODO 101 (mm)

CONSTANTE PROMEDIO (mm) RESULTADO (mm) ∆2 NODO 46 (mm) 49,43 35,29 1,2 42,36 50,832

4. PROPUESTA FINAL: CONCLUSIONES FINALES

Elementos encargados de cargas verticales: Pรณrticos y cerchas

Elementos encargados de cargas horizontales: Pรณrticos arriostrados

4. PROPUESTA FINAL: CONCLUSIONES FINALES ● De acuerdo al proceso que se obtuvo, se puede concluir que es necesario rigidizar la estructura en todas sus fachadas a través de triangulaciones, ya que las barras metálicas trabajan a diferentes esfuerzos: compresión o tracción. Lo anterior se pudo observar en el comportamiento de la deriva , pues al agregar las diagonales en la propuesta final se evidencia el cumplimiento de la norma al no pasarse del 1% de la altura de cada nivel ● Al agregar diagonales a los pórticos, se pudo observar que estos aportan mayor rigidez hacia las cargas horizontales. ● La estructura se compone estructuralmente de dos núcleos principales, el primero se compone de pórticos metálicos que se conforman por medio de columnas tubulares que permiten una mayor flexibilidad de la estructura y un mejor comportamiento con respecto a la deformación. El segundo núcleo, es una cercha perimetral que se une a unas cerchas que se encuentran en dirección opuesta en la parte superior, permitiendo vencer el gran voladizo del que descuelga del nivel inferior. ● Al observar que algunos elementos estaban trabajando a tracción como los apoyos de la penúltima placa que cuelgan de la cercha superior, los tensores que sostienen la placa de la cancha en el sector del voladizo, y las columnas del último nivel del voladizo; se optó por disminuir la sección de estos debido a que requieren menos material con esta fuerza axial.

● Para poder vencer las luces propuestas fue necesario aumentar la sección de las vigas, con el objetivo de no tener apoyos intermedios en la cancha, aumentando de esta manera su inercia y disminuyendo el momento que sufrían.