Análisis y diseño estructurales

ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURALES

Para empezar a calcular cuánto material, de qué peso o qué características son las más adecuadas y seguras para un edificio es necesario hacer un análisis estructural. En dicho proceso es necesario el uso de las fórmulas destinadas para poder obtener el valor correcto de la capacidad de los componentes en una estructura para poder repartir las cargas sin que los materiales empleados sufran una deformación, así también para poder saber bien qué tipos de unión o soportes.

Una vez que tenemos el planeamiento de los materiales tomando en cuenta su capacidad y resistencia, pasamos al diseño estructural el cual corresponde al cumplimiento del objetivo de la estructura de un edificio, dimensionando, proporcionando y organizando los componentes del sistema estructural. Todo lo anterior con un enfoque mayormente en los aspectos arquitectónicos, urbanísticos y funcionales.

PLANIFICACIÓN DE ESTRUCTURA

Para poder planificar bien las unidades del material que se utiliza en la estructura de un edificio se toman en cuenta aspectos fundamentales como:

• Diseño: Al tratarse del diseño de partes articuladas estas deben estar organizadas con una jerarquía.
• Programa: Relaciones entre la escala, la proporción  en los espacios del sistema estructural y la distancia entre pilares.
• Integración: Explica la manera en la que tanto las instalaciones como los sistemas de un edificio se integran a la parte estructural.
• Requisitos normativos: Al momento de diseñar cualquier estructura de un edificio se deben de tomar en cuenta las normativas para que esta estructura resulte ser funcional en base a la escala, el tipo de construcción y los materiales estructurales que se requieren para la correcta construcción.
• Viabilidad económica: Se debe hacer un cálculo en disponibilidad de los materiales a usar, el costo por el proceso de fabricación, la mano de obra y en caso necesario los plazos de ejecución.
• Restricciones legales: Hay ciertas normativas que delimitan el tamaño del edificio en relación con el uso y tipo de construcción.
• Ordenanzas urbanísticas: Se restringe el volumen construido en base a su localización en término municipal, en diferentes puntos como la ocupación máxima del terreno (representado como porcentaje respecto a las dimensiones del terreno), la anchura y la profundidad (representado en porcentaje respecto a las dimensiones del terreno); y la altura máxima del edificio (con el fin de mantener un grado adecuado de luz, aire y espacio).
• Altura y superficie del edificio: La limitación del tamaño puede superarse si el edificio está equipado con un sistema automático de extinción de incendios, o si se divide mediante muros cortafuegos en áreas que no excedan la superficie máxima.
• Clasificación de usos y grados de ocupación: Según el International Building Code:

• A: Salas de reunión, Audiotorios, teatros y estadios
• B: Oficinas, Oficinas, laboratorios y centros de educación superior
• E: Educativo, Centros de enseñanza infantil
• F: Industrial, Instalaciones industriales
• H: Alto riesgo, Instalaciones donde se maneje un determinado volumen de materiales peligrosos
• I: Alojamiento institucional, Alojamiento tutelado de personas, como hospitales, guarderías y centros juveniles
• M: Locales comerciales, Locales para la exposición y venta de mercancías
• R: Residencial; Viviendas, apartamentos y hoteles
• S: Almacenes, Instalaciones de almacenaje

• Altura y superficie máximas: Las alturas se expresan de dos maneras. La primera lo está en metros por encima del nivel del suelo, y normalmente es independiente del grado de ocupación, pero se encuentra limitada por la resistencia frente al fuego; la segunda cifra se refiere al número de plantas y está limitada por el grado de ocupación. Ambos criterios deben cumplirse con el fin de evitar que un edificio, sin superar el número máximo de plantas, pueda exceder la altura máxima total.
• Sistemas constructivos: El IBC clasifica los sistemas constructivos de un edificio en función de la resistencia frente al fuego de sus componentes principales:

• Tipo I: edificios cuyos componentes principales están construidos con materiales incombustibles, como hormigón, ladrillos o acero. Otros materiales que sean combustibles son permitidos siempre y cuando estos sean de función secundaria y no tengan importancia en la estructura del edificio.
• Tipo II: edificios similares a los del tipo I, excepto por una reducción de la resistencia frente al fuego.
• Tipo III: edificios con cerramientos exteriores incombustibles y componentes interiores de cualquier tipo de materiales permitido por la norma.
• Tipo IV: edificios de madera, con cerramientos exteriores incombustibles y componentes interiores principales de madera natural o laminada con unas secciones mínimas y sin cámaras ocultas.
• Tipo V: edificios cuyos componentes estructurales, muros exteriores y particiones interiores son de cualquier material permitido por la norma.

• Redundancia: Además del uso de coeficientes de seguridad y materiales dúctiles, otro método para evitar fallos en la estructura consiste en introducir redundancia en su diseño. Una estructura redundante incluye elementos, uniones o soportes no estrictamente necesarios para garantizar su correcto funcionamiento, pero que, en caso de que falle uno de ellos, otros proporcionen una vía alternativa para la transmisión de cargas.
• Continuidad: Proporciona una trayectoria directa e ininterrumpida para la transmisión de las cargas desde la cubierta hasta los cimientos. Las trayectorias continuas ayudan a asegurar que todas las cargas a las cuales está sujeta la estructura puedan transferirse desde su punto de aplicación hasta los cimientos. Todos los elementos y las uniones a lo largo de la trayectoria deben contar con la suficiente resistencia, rigidez, y capacidad de deformación para transmitir dichas cargas sin poner en riesgo el comportamiento unitario de la estructura.

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