Análisis Técnico Económico de Vigas Aligeradas y su Incidencia en el Diseño Sismorresistente de un Edificio de Estructura Metálica
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Date
2023-03
Authors
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Publisher
Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica. Maestría en Ingeniería Civil con Mención en Estructuras Metálicas
Abstract
The technical-economic differences between idealized structural systems with
homogeneous web beams and beams with web openings emerge as the main elements
of a steel building, considering occupational and seismic demands typical of Ambato
city.
In accordance with the architectural proposal for the implementation of a building, the
input data for the construction of a mathematical model that adjusts, more closely, to
the real conditions of the structure were defined.
The structural analysis and design of the building guarantees its seismic behavior in
accordance with the requirements established in the codes: NEC-SE-DS, NEC-SE-AC,
AISC 341-16, AISC 360-16 and ASCE/SEI 7-16. Once this process was completed,
the beams with critical demands were identified to be supported in a process of restructuring their geometry through the incorporation of rectangular and circular
openings in their web, to establish structural and economic differences respect to a
beam with a homogeneous web.
Beams with circular openings suffer less vertical and lateral deformations under a
controlled loading condition, in contrast to an equivalent beam with rectangular
openings. When the web of a homogeneous beam is disturbed by perforations, the
internal forces tend to increase around them; being the corners of the rectangular
openings those that present the greatest concentration of these efforts.
Respect to the economic factor, the construction of a residential steel structure with
beams with web opening presents a minimal advantage with respect to a system with
homogeneous web, due to the increase in the cost for its manufacture and assembly, in
the local market.
Description
Las diferencias técnicas-económicas entre sistemas estructurales idealizados con vigas
de alma homogénea y vigas aligeradas, surgen como elementos principales de una
edificación de acero, considerando demandas ocupacionales y sísmicas propias de la
ciudad de Ambato.
De acuerdo con la propuesta arquitectónica para la implantación de una edificación, se
definieron los datos de entrada para la construcción de un modelo matemático que se
ajuste, con mayor proximidad, a las condiciones reales de la estructura.
El análisis y diseño estructural de la edificación garantiza su comportamiento
sismorresistente conforme a los requisitos establecidos en los códigos: NEC-SE-DS,
NEC-SE-AC, AISC 341-16, AISC 360-16 y ASCE/SEI 7-16. Culminado este proceso,
se identificaron las vigas con demandas críticas para ser sometidas a un proceso de reestructuración de su geometría a través de la incorporación de aberturas
rectangulares y circulares en su alma, para establecer diferencias estructurales y
económicas con respecto a una viga de alma homogénea.
Las vigas con aberturas circulares sufren menores deformaciones verticales y laterales
ante una condición de carga controlada, en contraste a una viga equivalente con
aberturas rectangulares. Cuando el alma de una viga homogénea es alterada por
perforaciones, los esfuerzos internos tienden a concentrarse alrededor de estas; siendo
las esquinas de las aberturas rectangulares las que presentan la mayor concentración
de estos esfuerzos.
Con respecto al factor económico, la construcción de una estructura metálica
residencial con vigas aligeradas presenta una ventaja minúscula con respecto a un
sistema con almas homogéneas, debido al incremento en el costo para su fabricación
y montaje, en el mercado local.
Keywords
ABERTURA EN EL ALMA, ANÁLISIS ECONÓMICO, DISEÑO ESTRUCTURAL, ESTRUCTURA METÁLICA, VIGA DE ACERO