Proyecto básico: Estructura vertical para edificios de varias plantas destinados a uso 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. 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 Página 1
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 Secciones tubulares rellenas de hormigón. CMP189wmf (1) () (3) (4) (5) Leyenda: 1. Sección HE o UC. 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 Página
. 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 o 3 veces la altura de la planta. En la Tabla.1 y. se presentan dos tablas de columnas HE y UC para el diseño básico. Una sobrecarga de 4 kn/m se utiliza junto con una carga permanente (incluido el peso propio) de 4 kn/m. La altura entre forjados se considera con un valor de 4 m. Tabla.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 6 6 m 6 9 m 6 1 m 6 15 m 4 HE 0 B HE 80 B HE 40 M HE 60 M 6 HE 80 B HE 40 M HE 60 B HE 300 M 8 HE 300 B HE 60 M HE 300 M HE 30 M 10 HE 40 M HE 300 M HE 30 M HD 400 x 347 Fabricado en acero S355 Sobrecarga = 3 kn/m más 1 kn/m para tabiques Tabla. 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 6 x 6 m 6 x 9 m 6 x 1 m 6 x 15 m 4 03 UC 86 54 UC 13 54 UC 167 305 UC 198 S75 S75 S75 S75 6 54 UC 13 54 UC 167 305 UC 198 305 UC 40 S75 S75 S75 S355 8 305 UC 40 305 UC 198 305 UC 40 356 UC 35 S75 S75 S355 S355 10 305 UC 198 305 UC 40 356 UC 340 356 UC 340 S75 S355 S355 S355 Calidad de acero según se indica Sobrecarga = 3 kn/m más 1 kn/m para tabiques SN01 proporciona más orientaciones detalladas sobre el dimensionamiento inicial de las columnas. Página 3
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 6 x 6 m 6 x 9 m 6 x 1 m 6 x 15 m 4 HE 40A HE 40B HE 80B HE 300B 6 HE 40B HE 80B HE 340B HE 400B 8 HE 80B HE 340B HE 450B --- 10 HE 300B HE 400B --- --- Fabricado en acero S355 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-). 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 6 x 6 m 6 x 9 m 6 x 1 m 6 x 15 m 4 19 x 10 19 x 1,5 73 x 1,5 33 x 1,5 6 19 x 1,5 73 x 16 33 x 16 355 x 16 8 73 x 1,5 33 x 16 355 x 0 406 x 16 10 33 x 1,5 355 x 16 406 x 0 457 x 0 Diámetro (mm) x grosor (mm) Fabricado en acero S355 Sobrecarga = 3 kn/m más 1 kn/m para tabiques Página 4
Para efectos de resistencia al fuego, la cantidad mínima de armadura debe satisfacer generalmente los límites establecidos en EN 1994-1-. 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 Página 5
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. Las longitudes de columna de 8 a 1 m son las más económicas, suponiendo alturas de o 3 plantas. CMP554\190.wmf (1) () Leyenda: (3) (4) 1. Unión de empalme - cortante transferido a través de los tornillos. 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 Página 6
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. 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) 0 30 40 50 4 100 10 10 8 10 1,5 150 8 6 10 8 10 1,5 150 10 150 1,5 8 10 1,5 150 10 150 16 150 8 1 10 8 10 1,5 150 10 150 1,5 El arriostramiento se encuentra en ambos extremos del edificio. significa dos vanos arriostrados en cada extremo La altura entre plantas es de 4 m y la carga del viento es de 1 kn/m. Tabla 7. Tamaño de los elementos de arriostramiento planos en X (canto de chapa x espesor) Longitud del edificio (m) 0 30 40 50 10 10 150 1 150 15 00 0 4 150 15 x 150 1 x 00 15 00 0 6 x 00 1 x 00 0 0 0 0 8 x 00 15 0 0 50 0 50 5 El arriostramiento se encuentra en ambos extremos del edificio. significa dos vanos arriostrados en cada extremo La altura entre plantas es de 4 m y la carga del viento es de 1 kn/m. Página 7
Registro de calidad TÍTULO DEL RECURSO Proyecto básico: Estructura vertical para edificios de varias plantas destinados a uso 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 Contenido técnico respaldado por los siguientes socios de STEEL: 1. Reino Unido G.W. Owens SCI 6/5/05. Francia A Bureau CTICM 6/5/05 3. Suecia A Olsson SBI 6/5/05 4. Alemania C Mueller RWTH 11/5/05 5. España J Chica Labein 0/5/05 6. Luxemburgo M. Haller PARE 6/5/05 Recurso aprobado por el Coordinador técnico G W Owens SCI 8/7/06 DOCUMENTO TRADUCIDO Traducción realizada por. eteams International Ltd 09/1/06 Recurso de traducción aprobado por: Labein Página 8