Estructura vertical para edificios de varias plantas

Proyecto básico: Estructura vertical para edificios de varias plantas destinados a uso
comercial y residencial
SS016a-ES-EU
Proyecto básico: Estructura vertical para edificios de
varias plantas destinados a uso comercial y residencial
Describe los tipos de columnas y elementos de arriostramiento vertical que se utilizan en
edificios de varias plantas, e incluye información para su diseño inicial.
Índice
1.
Tipo de construcción
2
2.
Secciones en H
3
3.
Secciones en H parcialmente embebidas
4
4.
Secciones huecas estructurales rellenas de hormigón
4
5.
Ingeniería de seguridad ante incendio de las columnas
5
6.
Empalmes de columnas
6
7.
Arriostramiento vertical
7
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1.
Tipo de construcción
Las columnas y otros elementos portantes de la estructuras están generalmente diseñados para
tener un impacto mínimo en el espacio utilizable del edificio, por lo que tienen el menor
tamaño posible. El tamaño de las columnas depende claramente de la altura del edificio y de
la superficie de forjado soportada. También existe una ventaja si se utiliza acero de mayor
límite elástico y un diseño integrado de la resistencia al fuego (véase la Sección 5).
Las diferentes opciones para las columnas se muestran en la Figura 1.1, y son las siguientes:
‰ Secciones en H (generalmente con protección de panel).
‰ Secciones huecas estructurales
‰ Columnas parcialmente embebidas
CMP12289wmf
‰ Secciones tubulares rellenas de hormigón.
(1)
(2)
(4)
(3)
(5)
Leyenda:
1. Sección HE o UC
2. Secciones huecas estructurales
3. Sección en H parcialmente embebidas
4. Columna de sección hueca cuadrada mixta
5. Columna de sección hueca circular mixta
Figura 1.1
Opciones de columnas
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2.
Secciones en H
Las secciones en H están orientadas normalmente de tal forma que las vigas más largas
(principales) estén unidas con el ala de la columna. Esto facilita considerablemente, el diseño
del detalle de las uniones. Las secciones en H constituyen la solución más sencilla para las
columnas. Normalmente se elije el mismo canto para cada columna en todas las plantas,
aunque el peso de la sección puede variar. Este método simplifica los empalmes de las
columnas. Para una mayor economía y comodidad en el montaje, las columnas se colocan en
longitudes equivalentes a 2 o 3 veces la altura de la planta. En la Tabla 2.1 y 2.2 se presentan
dos tablas de columnas HE y UC para el diseño básico. Una sobrecarga de 4 kN/m2 se utiliza
junto con una carga permanente (incluido el peso propio) de 4 kN/m2. La altura entre forjados
se considera con un valor de 4 m.
Tabla 2.1
Tamaños típicos de columnas HE en estructuras arriostradas. (los tamaños
mostrados corresponden a la menor longitud de la columna, con una menor masa
para longitudes mayores)
Distribución de columnas
Número de plantas
6 ×6 m
6 ×9 m
6 ×12 m
6 ×15 m
4
HE 220 B
HE 280 B
HE 240 M
HE 260 M
6
HE 280 B
HE 240 M
HE 260 B
HE 300 M
8
HE 300 B
HE 260 M
HE 300 M
HE 320 M
10
HE 240 M
HE 300 M
HE 320 M
HD 400 x 347
Fabricado en acero S355
Tabla 2.2
2
2
Sobrecarga = 3 kN/m más 1 kN/m para tabiques
Tamaños típicos de columnas UC en estructuras arriostradas. (los tamaños
mostrados corresponden a la menor longitud de la columna, con una menor masa
para longitudes mayores)
Distribución de columnas
Número de plantas
6x6m
6x9m
6 x 12 m
6 x 15 m
4
203 UC 86
S275
254 UC 132
S275
254 UC 167
S275
305 UC 198
S275
6
254 UC 132
S275
254 UC 167
S275
305 UC 198
S275
305 UC 240
S355
8
305 UC 240
S275
305 UC 198
S275
305 UC 240
S355
356 UC 235
S355
10
305 UC 198
S275
305 UC 240
S355
356 UC 340
S355
356 UC 340
S355
Calidad de acero según se indica
2
2
Sobrecarga = 3 kN/m más 1 kN/m para tabiques
SN012 proporciona más orientaciones detalladas sobre el dimensionamiento inicial de las
columnas.
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3.
Secciones en H parcialmente embebidas
El relleno parcial entre las alas de las columnas aumenta su resistencia a la compresión y su
resistencia al fuego. A continuación se incluye una tabla de secciones HE parcialmente
embebidas para el diseño básico. En esta tabla el tamaño máximo de la sección es HE 450B.
Tabla 3.1
Tamaños típicos de secciones H parcialmente embebidas en estructuras arriostradas
Distribución de columnas
Número de plantas
6x6m
6x9m
6 x 12 m
6 x 15 m
4
HE 240A
HE 240B
HE 280B
HE 300B
6
HE 240B
HE 280B
HE 340B
HE 400B
8
HE 280B
HE 340B
HE 450B
---
10
HE 300B
HE 400B
---
---
Fabricado en acero S355
2
2
Sobrecarga = 3 kN/m más 1 kN/m para tabiques
Normalmente, las columnas parcialmente embebidas pueden obtener una resistencia al fuego
de 60 o 90 minutos, dependiendo de la cantidad de armadura (véase EC4-1-2).
4.
Secciones huecas estructurales rellenas de
hormigón
Las secciones huecas circulares y cuadradas rellenas de hormigón son arquitectónicamente
muy importantes y disponen de excelentes propiedades mixtas debido al confinamiento del
relleno de hormigón. La Tabla 4.1 muestra una tabla de diseño típica para un diseño básico.
Los perfiles tubulares rellenos de hormigón también obtienen una excelente resistencia al
fuego debido a que la compresión se transfiere al hormigón más frío y a su armadura. Los
perfiles tubulares de mayor diámetro se pueden rellenar de hormigón desde la base, y los
tubos más pequeños se rellenan desde arriba.
Tabla 4.1
Secciones huecas rellenas de hormigón típicas en estructuras arriostradas
Distribución de columnas
Número de plantas
6x6m
6x9m
6 x 12 m
6 x 15 m
4
219 x 10
219 x 12,5
273 x 12,5
323 x 12,5
6
219 x 12,5
273 x 16
323 x 16
355 x 16
8
273 x 12,5
323 x 16
355 x 20
406 x 16
10
323 x 12,5
355 x 16
406 x 20
457 x 20
Diámetro (mm) x grosor (mm)
Fabricado en acero S355
2
2
Sobrecarga = 3 kN/m más 1 kN/m para tabiques
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Para efectos de resistencia al fuego, la cantidad mínima de armadura debe satisfacer
generalmente los límites establecidos en EN 1994-1-2. Generalmente, no se requiere una
armadura para una resistencia al fuego de 60 minutos.
5.
Ingeniería de seguridad ante incendio de las
columnas
Las columnas en H incluyen generalmente protección pasiva contra incendios, más
comúnmente bajo la forma de sistemas de paneles por razones visuales. Sin embargo, si se
requiere por razones arquitectónicas, también se pueden proteger mediante pinturas
intumescentes.
La ingeniería de seguridad ante incendio de las columnas, es decir, la eliminación del uso de
protección pasiva contra incendios, se puede utilizar en los casos siguientes:
‰ Edificios de baja carga de fuego.
‰ Estructuras de acero externas.
‰ Diseño integrado de la resistencia al fuego que utiliza secciones huecas parcialmente
embebidas o rellenas de hormigón.
‰ Columnas tubulares rellenas de agua
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6.
Empalmes de columnas
Los empalmes de columnas se realizan normalmente 1 m por encima del forjado para facilitar
la instalación de los tornillos. La Figura 6.1 muestra cuatro configuraciones de empalmes.
Para los extremos no mecanizados en las columnas, las cargas axiales se transfieren a través
de las chapas de los empalmes con varios tornillos. Es posible utilizar tornillos de cabeza
avellanada en los lugares donde el ala tenga el suficiente espesor y donde las cabezas de los
tornillos afecten a los acabados de las columnas. Se puede utilizar una chapa de extremo para
columnas con una carga reducida.
CMP554\12290.wmf
Las longitudes de columna de 8 a 12 m son las más económicas, suponiendo alturas de 2 o 3
plantas.
(1)
(2)
(3)
(4)
Leyenda:
1. Unión de empalme - cortante transferido a través de los tornillos
2. Unión de soporte de extremo con tornillos de cabeza avellanada
3. Unión de empalme – tamaños de columna diferentes
4. Unión de chapa de extremo – tamaños de columna diferentes
Figura 6.1
Detalles de empalmes de columnas
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7.
Arriostramiento vertical
El arriostramiento vertical en V, X o K se proporciona en los planos de las columnas. Los
elementos de arriostramiento son normalmente secciones huecas estructurales para
arriostramiento en V y K (también es posible utilizar ángulos, aunque requieren generalmente
más espacio en áreas congestionadas) o pletinas para arriostramiento en X.
Las Tablas 7.1 y 7.2 se pueden utilizar para el diseño inicial del arriostramiento vertical en V
o X en edificios de estructura de acero de forma rectangular sencilla, como una función de la
longitud del edificio (expuesto al viento) y el número de plantas.
Tabla 7.1
Tamaños de elementos de arriostramiento tubular en V (diámetro x espesor)
Longitud del edificio (m)
Número de plantas
20
30
40
50
4
100 × 10
120 × 8
120 × 12,5
150 × 8
6
120 × 8
120 × 12,5
150 × 10
150 × 12,5
8
120 × 12,5
150 × 10
150 × 16
2 × 150 × 8
12
2 × 120 × 8
2 × 120 × 12,5
2 × 150 × 10
2 × 150 × 12,5
El arriostramiento se encuentra en ambos extremos del edificio. 2× significa dos vanos arriostrados en cada extremo
2
La altura entre plantas es de 4 m y la carga del viento es de 1 kN/m .
Tabla 7.2
Tamaño de los elementos de arriostramiento planos en X (canto de chapa x espesor)
Longitud del edificio (m)
Número de plantas
20
30
40
50
2
120 × 10
150 × 12
150 × 15
200 × 20
4
150 × 15
2 x 150 × 12
2 x 200 × 15
2 × 200 × 20
6
2 x 200 × 12
2 x 200 × 20
2 × 220 × 20
2 × 220 × 22
8
2 x 200 × 15
2 × 220 × 20
2 × 250 × 20
2 × 250 × 25
El arriostramiento se encuentra en ambos extremos del edificio. 2× significa dos vanos arriostrados en cada extremo
2
La altura entre plantas es de 4 m y la carga del viento es de 1 kN/m .
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Registro de calidad
TÍTULO DEL RECURSO
Proyecto básico: Estructura vertical para edificios de varias plantas
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Referencia(s)
DOCUMENTO ORIGINAL
Nombre
Compañía
Fecha
Creado por
R.M. Lawson
SCI
Ene 05
Contenido técnico revisado por
G.W. Owens
SCI
May 05
Contenido editorial revisado por
D.C. Iles
SCI
May 05
1. Reino Unido
G.W. Owens
SCI
26/5/05
2. Francia
A Bureau
CTICM
26/5/05
3. Suecia
A Olsson
SBI
26/5/05
4. Alemania
C Mueller
RWTH
11/5/05
5. España
J Chica
Labein
20/5/05
6. Luxemburgo
M. Haller
PARE
26/5/05
G W Owens
SCI
28/7/06
.
eTeams International Ltd
09/1/06
Contenido técnico respaldado por los
siguientes socios de STEEL:
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Coordinador técnico
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Recurso de traducción aprobado por:
Labein
Página 8