Cargas estructurales: ¿por qué son importantes para los edificios de metal?

Cargas estructurales: ¿por qué son importantes para los edificios de metal?...

Los diseñadores de edificios necesitan un conocimiento práctico sobre las cargas estructurales de cada edificación que construyen, independientemente del material de construcción con el que vayan a trabajar.

En este caso, el acero se comporta de manera diferente bajo carga, que la madera u otros materiales.

Un edificio con marco de madera tiene diferentes cargas mínimas y máximas que una construcción con marco de acero.

Las cargas estructurales son muy importantes porque, si bien estás no controlan todos los parámetros del diseño estructural, deben cumplir con las cargas requeridas en el código de construcción local.

Recuerde: Los mínimos y máximos requeridos se basan en la categoría o el uso del edificio.

En este artículo, usted sabrá cuales son las razones y las diferencias por las que, las cargas estructurales sean tan importantes para los edificios de metal.

 

Tipos de cargas estructurales

Se deben considerar los siguientes tres tipos de cargas estructurales en el diseño de edificios:

  • Cargas muertas.
  • Cargas vivas.
  • Y cargas ambientales.

 

Cargas muertas

Estas cargas son permanentes o estáticas, e incluyen el peso de todos los materiales de construcción, que a su vez incluyen:

  • El marco.
  • El techo.
  • Y los elementos no estructurales permanentes, como los sistemas de rociadores y los armarios empotrados.

 

Cargas vivas

También conocidas como cargas impuestas. Son fuerzas uniformes causadas por todas las fuerzas temporales o transitorias que actúan sobre el edificio, como:

  • Las personas.
  • Los vehículos.
  • Y los muebles.

 

Cargas ambientales

Son un tipo de fuerzas de carga viva, pero causadas por factores ambientales, que incluyen:

  • Viento.
  • Nieve.
  • Sísmica.
  • Térmica.
  • Y de asentamiento.

Es importante recordar que las cargas estructurales se miden en libras por pie cuadrado

 

Cargas Muertas

A menudo se supone que las cargas muertas se calculan fácilmente. Después de todo, el cálculo se basa en los pesos y volúmenes de materiales específicos tal como se muestran en los dibujos.

Sin embargo, no siempre es posible conocer los diversos pesos y volúmenes de los elementos no estructurales permanentes en un edificio.

Como el sistema HVAC, el sistema de rociadores o los elementos integrados.

Por lo tanto, la mayoría de los ingenieros son muy conservadores con sus estimaciones al respecto. A continuación un ejemplo:

  • Las desviaciones potenciales (flexión) se minimizan.
  • Incluyen un margen de error.
  • Permiten alteraciones con el tiempo.

Encontrando que las cargas estructurales de diseño a menudo exceden las cargas experimentadas en la realidad.
 

Cargas Vivas

Las cargas vivas aceptables varían significativamente. Estas son las cargas que se basan en el uso esperado y la ocupación de una estructura o elemento estructural.

Si bien la carga viva se calcula como si fuera uniforme en toda la estructura, la mayoría de las cargas vivas difieren según la hora del día y por lo general, no se distribuyen uniformemente.

Las cargas vivas se pueden concentrar o distribuir de manera uniforme o desigual.

Para esto se necesita un impacto como vibraciones y aceleraciones.

Cualquier miembro o elemento estructural puede experimentar una carga viva, incluido:

  • El piso.
  • Las columnas.
  • Las vigas.
  • Y el techo.

 

Cargas Ambientales

Las condiciones topográficas y climáticas causan cargas ambientales y pueden requerir elementos estructurales adicionales para resistirlas.

  • Es fundamental consultar los códigos de construcción locales para conocer los requisitos sobre la carga ambiental en una región particular del país.
  • Las cargas de viento se aplican por el movimiento del aire en relación con la estructura.
  • Las cargas de nieve son impuestas por una acumulación de nieve en cualquier parte de la estructura.
  • Las cargas sísmicas son cargas horizontales impuestas durante los terremotos.
  • Las cargas térmicas ocurren debido a la expansión y contracción de materiales con cambios de temperatura.
  • Las cargas de asentamiento ocurren si una parte de un edificio se instala más que otra debido a las condiciones del suelo, como se puede ver en algunas estructuras de varios tramos.

 

Cargas de viento

Este tipo de cargas se analizan en función de la meteorología, la aerodinámica y las cargas estructurales.

Los edificios masivos de bajo nivel se ven menos afectados por el viento que los edificios altos hechos de materiales más livianos.

La carga del viento se ve afectada por el uso de formas que pueden afectar el flujo de aire, como las formaciones del techo.

El diseño de la carga del viento debe cumplir con la carga más extrema esperada en un área geográfica.

Las áreas de la estructura más afectadas por las cargas de viento son las esquinas donde ocurren corrientes de chorros de aire.

La trituración de vórtice puede ocurrir a raíz de un edificio, mientras que los chorros de flujo o paso ocurren en pasajes dentro de un edificio o en los pequeños pasajes entre dos edificios.

Las cargas de nieve deben considerarse en las áreas del norte, ya que la forma del techo es el factor crítico para las cargas de nieve.

Un techo inclinado arrojará mejor nieve que un techo más plano.

También debe considerar la carga impuesta cuando la nieve se desliza sobre la parte del techo mientras deja la otra parte desnuda, creando un efecto de sube y baja.

La acumulación de agua se calcula como cargas de nieve y corresponde principalmente a techos planos en caso de fuertes lluvias.

 

Cargas sísmicas

Incluyen las sacudidas verticales y horizontales que experimenta una estructura durante un terremoto.

Las estructuras en las regiones del país comúnmente conocidas por su actividad sísmica deben cumplir con los estrictos requisitos de construcción escritos para garantizar que un edificio no falle catastróficamente.

En áreas sísmicamente activas, el acero es el único material que cumple con esos requisitos.

La madera y el concreto carecen de la combinación de resistencia y flexibilidad requerida.
 

Cargas térmicas

Son impuestas durante los cambios de temperatura, pueden aliviarse mediante el uso de juntas de expansión en secciones largas de paredes y pisos.

Las juntas permitirán la expansión sin daños estructurales.
 

Cargas de asentamiento

Requieren el diseño cuidadoso de cargas estructurales flexibles que pueda soportar tensiones pequeñas pero lo suficientemente rígidas como para soportar tensiones severas.
 

Factores que influyen en la respuesta de carga

La uniformidad de la distribución de la carga ya se ha abordado, pero debe tenerse en cuenta al calcular las cargas.

Otro factor que impacta la respuesta estructural a una carga es la profundidad de los miembros estructurales.

La duración de la carga también afecta los cálculos, como:

  • La carga a tiempo completo en las vigas del piso se utiliza como punto de referencia.
  • Para calcular los valores de carga de nieve, multiplique el punto de referencia por 1.15.
  • Para calcular los valores de carga de 7 días, multiplique el punto de referencia por 1.25.

 

El valor E, o módulo de elasticidad de los elementos individuales, es una relación relacionada con la cantidad de una carga dada que hace que el material se deforme.

Un valor E alto indica una mayor rigidez del material. El valor de Fb, o tensión extrema de la fibra:

  • Todo esto denota la resistencia de diseño para las fibras bajo la tensión más extrema. Un valor alto de Fb indica una mayor resistencia del material.
  • El valor Fb se desarrolló para la madera. Tiene en cuenta la extrema tensión de flexión que experimentan los miembros de la madera.
  • Las fibras más externas se comprimen a lo largo del borde superior, mientras que las fibras del borde inferior se estiran hacia afuera.

 

Las fibras en la parte superior e inferior del miembro experimentan más estrés que el centro.

El conocimiento de cómo se estresan los miembros de madera conduce al diseño de la viga en I de acero.

Que tiene material adicional en la parte superior e inferior para agregar resistencia y el centro tiene material mínimo para reducir el peso.
 

Fuerza y Desviación

Los cálculos de deflexión se basan solo en cargas vivas. Los valores de deflexión indican rigidez.

La rigidez de una estructura está limitada por la desviación máxima permitida.

El código de construcción establece la deflexión máxima y se expresa como una fracción.

El espacio libre en pulgadas (L) se divide por un número dado. Los límites típicos son L / 180, L / 240 y L / 360.

El valor mínimo de diseño para la resistencia se calcula utilizando la carga viva y la carga muerta.

 

Las cargas estructurales son importantes para su edificio de metal porque se deben considerar tanto la rigidez como la flexibilidad al determinar sus requisitos de carga.

El acero es fuerte y puede proporcionar diversos grados de flexibilidad dependiendo del diseño del miembro.

Un ingeniero de diseño familiarizado con las características del acero podrá calcular adecuadamente las cargas y asignar el miembro correcto para cumplir con los códigos de construcción locales.

 
 

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