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Diseño y optimización de las uniones de un muro cortina en un edificio de gran altura

29 de Junio de 2016 | Autor: CivilFEM (@civilfem) Leído: 1735 veces

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El uso de vidrio en las fachadas exteriores proporciona más luz y mejor ambiente a en el interior de un edificio. En nuestro caso, esto lleva a un alto incremento del uso de cristal en fachadas.

Las solución adoptada es el muro cortina, una tipología de fachada ligera que se caracteriza por  estar fijada a la estructura resistente del edificio pero no forman parte de la misma, es decir, no contribuyen a aumentar la resistencia de la estructura del edificio sino que gravitan sobre ella. Por tanto, el muro cortina debe estar diseñado de tal forma que resista por sí misma las acciones que incidan sobre ella y ser capaz de trasladarlas a la estructura general del edificio.

 

La característica fundamental que diferencia el muro cortina de otras tipologías es que la fachada pasa de forma continua por delante de los forjados del edificio, quedando la estructura de la fachada suspendida de los forjados a través únicamente de las uniones.

El muro cortina está formado por una parrilla de perfiles de aluminio con uniones de acero a los forjados. Estas uniones de acero están soldadas a las vigas metálicas de los forjados en un extremo y atornilladas a la parrilla de perfiles de aluminio en el otro extremo.

Las uniones de acero soldadas y atornilladas pueden tener un comportamiento semirrígido, produciéndose un giro relativo entre los elementos que unen. Esta deformación de la unión tiene efectos negativos en la estabilidad de la fachada a medida que se incrementa la desviación de la estructura y se multiplicarían los “efectos de segundo orden” (P-∆) de los miembros conectados y esto afectará a toda la estabilidad de la estructura. La simplificación de la unión rígida lleva a una estimación incorrecta del comportamiento de la fachada. Por lo tanto, el análisis no-lineal de las uniones tiene una función muy importante en el diseño de acero estructural.

Las cargas verticales principales son el peso propio de la estructura y de la nieve acumulada en los relieves de la fachada, y para las cargas horizontales tenemos componentes de presión del viento, tanto de presión como de succión. El diseño óptimo implica algunas características de la unión, tales como una alta ductilidad, resistencia apropiada, menor coste y tiempo de instalación, y  sobre todo garantizar la seguridad frente a todas las posibles combinaciones de carga.

La unión está formada por una primera parte que está soldada a las vigas de acero del edificio en cuatro puntos.

Ilustración 1: Tensiones de Von Mises en parte soldada

Las dimensiones y los puntos de soldadura han sido diseñados para reducir las tensiones con una soldadura simple y el trabajo de instalación.

La segunda parte de la unión es atornillada a la parte soldada y también al marco de aluminio.

Ilustración 2: Tensiones de Von Mises en parte atornillada

Se ha realizado un análisis estático no-lineal con CivilFEM 2016 usando contactos no lineales, comportamiento bilineal del acero y efectos de segundo orden para la verificación de la curva fuerza-desplazamiento al final de la unión, comprobando además la ductilidad frente a cargas verticales, laterales y de torsión.

Ilustración 3: Desplazamientos en dirección Z la unión completa

Ilustración 4: Desplazamientos en el eje X de la unión completa en primer modo de pandeo

Ilustración 5: Desplazamientos en el eje X de la unión completa en el segundo modo de pandeo

 

Con este análisis se ha optimizado el diseño de la unión, comprobado la capacidad de la unión frente a las cargas de diseño así como una ductilidad suficiente para evitar el colapso frente a cargas mayores de las de diseño, además de garantizar una limitación en las deformaciones que puedan afectar al emparrillado de aluminio y a los paneles de vidrio que soportan.

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