Innovación en Estructuras de Acero Laminado y Mixtas_ DroneLAB

INNOVACIÓN EN ESTRUCTURAS DE ACERO LAMINADO Y MIXTAS DRONELAB

INNOVACIÓN EN ESTRUCTURAS DE ACERO LAMINADO Y MIXTAS · PROFS.: ALBERT ALBAREDA VALLS, CARLOS MUÑOZ BLANC · DRONELAB · 2020/2021 · LINA YOUSSEF PAVÓN

ENUNCIADO

Innovación en Acero Laminado y Estructura Mixta Profesores : Albert Albareda Valls – Carlos Muñoz Blanc PRÁCTICA DE CURSO Diseño de un DRONELAB Se plantea el diseño del nuevo DRONELAB de la UPC para vuelo de drones, de dimensiones aproximadas 80x40 metros sin pilares intermedios. El edificio tiene como programa principal contener una pista cubierta de vuelo de drones, de longitud mínima 60 metros. A la vez, se requiere de una planta intermedia a 3,50 metros de altura de dimensiones aproximadas 20x40 metros para albergar las oficinas y los puestos de control.

Condicionantes:    

Estructura ligera metálica y/o mixta Ceñirse al solar disponible Altura mínima 18.00 metros libres al centro Se valorará positivamente el diseño, la optimización de secciones y costes.

Emplazamiento : Calle Esteve Terradas, parcela 4.4. Campus UPC Castelldefels https://goo.gl/maps/7gcbaWj2Apo

Fotografia estado actual solar.

Se pide:

 Diseñar una propuesta arquitectónica.  Analizar la estructura mediante un modelo de barras tridimensional.  Analizar el cumplimiento de la estructura y las barras.

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IDEAS PREVIAS

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IDEAS PREVIAS /DroneLab

Illinois Residence / Dirk Denison Architects Fuente: https://www.archdaily.com/553866/illinois-residence-dirkdenison-architects

Bocetos iniciales mostrando la idea para el proyecto, con una cubierta en forma de lámina plegada buscando la rigidez estructural.

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IDEAS PREVIAS /DroneLab

Bocetos iniciales mostrando la idea para el proyecto, con una cubierta en forma de lámina plegada buscando la rigidez estructural.

Mercat dels Encants / b720 Fermín Vázquez Arquitectos Fuente: https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2117/86003/ Encants+Barcelona.pdf

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PROPUESTA ARQUITECTÓNICA

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PROPUESTA ARQUITECTONICA /DroneLab VOLUMETRÍA

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PROPUESTA ARQUITECTONICA /DroneLab PLANTA 1:250 85.00 5.00

5.00

10.00

5.00

15.00

5.00

5.12

5.00

15.00

5.00

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9.33

40.00

21.33

9.33

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5.00

PROPUESTA ARQUITECTONICA /DroneLab ALZADOS 1:500

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DIMENSIONADO

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DIMENSIONADO /DroneLab Acciones aplicadas a la estructura, y combinaciones de cargas consideradas.

La estructura se plantea con uniones rígidas en los apoyos y en los demás nudos de la estructura.

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DIMENSIONADO /DroneLab SECCIONES

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9 11

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El DroneLAB se diseña con perfiles tubulares circulares de acero.

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Los pilares se dividen en 2 grupos y tienen las siguientes dimensiones: Pilares testeros: Ø 273mm, t 12,5 mm.

1, 8-14, 20.

Pilares intermedios: Ø 406mm diametro, t 16mm.

2-6, 15-19.

13 20 19

3 2

18

1

17 8 16

10 12

15 14

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DIMENSIONADO /DroneLab SECCIONES

Sobre los pilares se apoyan unas vigas para soportar la cubierta.

Vigas: Ø 273mm, t 12,5 mm.

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DIMENSIONADO /DroneLab SECCIONES

Se añaden también dos barras en el sentido longitudinal del edificio.

Estas barras se emplean para resolver los empujes causados por la cubierta, y por la acción del viento en el sentido longitudinal.

Tirantes: Ø 244,5mm, t 12,5 mm.

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DIMENSIONADO /DroneLab SECCIONES

En cuanto a la cubierta las dimensiones de barras utilizadas son: Barras principales (cumbreras): Ø 244,5mm, t 8mm. Ø 244,5mm, t 5mm.

Mientras que las barras secundarias (diagonales), se dimensionan mediante tres tipos de barra, según la luz a cubrir: Ø 323,9 mm, t 14mm. Ø 219,1 mm, t 8mm. Ø 102 mm, t 4mm.

Barras principales 5.00

5.00

10.00

5.00

85.00 15.00

5.00

5.12

5.00

15.00

5.00

5.12

5.00

9.33

21.33

9.33

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DIMENSIONADO /DroneLab JUSTIFICACIÓN DE DEFORMACIONES

Las deformaciones se observan en las combinaciones de Estados Límite de Servicio: ELS1: Cargas Permanentes + Uso En cuanto a deformaciones verticales, se busca mantenerse dentro de una flecha máxima de L/300. En este caso, para una luz de 40m, la flecha máxima sería 13,3cm.

Deformaciones obtenidas: Flecha máxima: 11,1 cm <13cm - Admisible Esta flecha se produce en el centro de vano del pórtico central, donde además se encuentra la mayor distancia entre pilares en el sentido longitudinal.

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DIMENSIONADO /DroneLab JUSTIFICACIÓN DE DEFORMACIONES

Las deformaciones se observan en las combinaciones de Estados Límite de Servicio: ELS2: Cargas Permanentes + Viento x Se aplican las mismas condiciones para las deformaciones horizontales, buscando una deformación máxima de L/300. Al tener los pilares una altura de 16m en este caso el desplazamiento máximo sería de 5,3cm.

Deformaciones obtenidas: Desplazamiento máximo: 4,1 cm <5,3cm Admisible Este desplazamiento ocurre en el testero, donde se recibe la carga de viento, y en el único vano que no se encuentra rigidizado.

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DIMENSIONADO /DroneLab JUSTIFICACIÓN DE DEFORMACIONES

Las deformaciones se observan en las combinaciones de Estados Límite de Servicio: ELS3: Cargas Permanentes + Viento y Se aplican las mismas condiciones para las deformaciones horizontales, buscando una deformación máxima de L/300. Al tener los pilares una altura de 16m en este caso el desplazamiento máximo sería de 5,3cm.

Deformaciones obtenidas: Desplazamiento máximo: 5,1 cm <5,3cm Admisible La deformación horizontal en el eje y (ejes globales), fue la más díficil de resolver.

Finalmente se resuelve añadindo pilares y elementos de rigidización en los testeros. Y el punto más desfavorable resulta ser en el lado opuesto a donde sopla el viento y en la cumbrera del pórtico central.

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DIMENSIONADO /DroneLab 85.00 5.00

TENSIONES

5.00

10.00

5.00

15.00

5.00

5.12

9.33

40.00

Se analiza el módulo más desfavorable.

Las tensiones se observan en las combinaciones de Estados Límite Últimos: ELU1: 1,35 x Cargas permanentes + 1,50 x Uso

21.33

9.33

Módulo analizado

- Axiles: Debido a la forma de la cubierta, los axiles máximos se producen la cubierta, y no en los pilares.

- Momentos: Los mayores momentos en y (My), se producen en las diagonales de la cubierta.

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5.00

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5.00

5.12

5.00

DIMENSIONADO /DroneLab 85.00 5.00

TENSIONES

5.00

10.00

5.00

15.00

5.00

5.12

9.33

40.00

Se analiza el módulo más desfavorable.

Las tensiones se observan en las combinaciones de Estados Límite Últimos: ELU5: 1,35 x Cargas permanentes + 1,50 x Uso + 0,9 x Viento x

21.33

9.33

Módulo analizado

- Momentos: Al estar resuelta la estructura con apoyos emportados y nudos rígidos, al introducirse las acciones horizontales, se producen grandes momentos en z (Mz) en las bases y las cabezas de los pilares.

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5.00

15.00

5.00

5.12

5.00

DIMENSIONADO /DroneLab 85.00 5.00

TENSIONES

5.00

10.00

5.00

15.00

5.00

5.12

9.33

40.00

Se analiza el módulo más desfavorable.

Las tensiones se observan en las combinaciones de Estados Límite Últimos: ELU6: 1,35 x Cargas permanentes + 1,50 x Uso + 0,9 x Viento y

21.33

9.33

Módulo analizado

- Momentos: Al estar resuelta la estructura con apoyos emportados y nudos rígidos, cuando se introducen las acciones horizontales, se producen grandes momentos en z (Mz) en las bases y las cabezas de los pilares.

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5.00

15.00

5.00

5.12

5.00

DIMENSIONADO /DroneLab Comprobación de secciones

Finalmente, se comprueba que todas las secciones de la estructura cumplen en cuanto a resistencia y estabilidad.

Viendo esta tabla, se obtiene que hay secciones que están trabajando al 99% de su capacidad resistente.

Peso total de la estructura: 257.455 kg Superficie del DroneLab: 3.400 m2 Peso/superficie: 76 kg/m2

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UNIONES

Gustavo Figueira Serrano | Lina Youssef Pavón

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UNIONES /DroneLab

- A efectos de cálculo, se han considerado todos los nudos de la estructura como nudos rígidos.

- El DroneLab se resuelve con secciones tubulares circulares.

Teniendo estas consideraciones en cuenta, se proponen uniones soldadas en la mayoría de la estructura, como se muestra en la imagen de referencia.

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UNIONES /DroneLab

- En algunos nudos, confluyen un mayor número de barras, llegando hasta 8 barras en un solo nudo.

En estos puntos, se propone añadir cartelas/chapas adicionales para facilitar estos encuentros.

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ZONA DE OFICINAS

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PROPUESTA ARQUITECTONICA /Oficinas

Se proponen modulos de dimensiones variables, que van conformando el conjunto de las oficinas según las necesidades del proyecto.

La estructura se plantea como unos elementos desmontables, formados por pilares tubulares de acero, y vigas tipo IPE de acero laminado, unidas mediante uniones atornilladas.

E Clinic / atelier N. Japan, 2021.

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