¿Cómo pueden los rascacielos resistir fuertes vientos y tormentas?La respuesta a menudo radica en un ingenioso sistema estructural, la estructura del marco.Al servir como esqueleto de un edificio, este enfoque de construcción fundamental proporciona fuerza y resistencia.Este artículo examina la mecánica de las estructuras de marco y su papel crítico en la arquitectura contemporánea.
Estructuras estructurales: El sistema esquelético de los edificios
En ingeniería estructural, una estructura de marco consiste en componentes interconectados diseñados para cumplir funciones específicas.y losas para soportar cargas verticales y lateralesSu aplicación abarca diversos tipos de edificios, especialmente donde se requiere una capacidad de carga sustancial.
La esencia de las estructuras de marco radica en su composición de marco. Una red de vigas y columnas forma el esqueleto de soporte.transferir estas fuerzas a las columnas, que luego canalizan el peso hacia abajo a los cimientos, asegurando la estabilidad estructural.
Componentes clave de las estructuras de los marcos
Las estructuras de los marcos se componen de varios elementos esenciales:
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Las vigas:Los miembros horizontales resisten principalmente las fuerzas de flexión, generalmente se conectan a columnas y sostienen pisos, techos u otros elementos estructurales.
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Las columnas:Elementos verticales que soportan principalmente compresión axial, transmitiendo cargas de haz a los cimientos.
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Las láminas:Superficies horizontales que proporcionan áreas transitables mientras soportan cargas de ocupantes, muebles y equipos, generalmente construidas con hormigón armado y apoyadas por vigas.
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Las paredes:Clasificados como soportantes de carga (suportando cargas estructurales) o no soportantes de carga (para fines de división espacial).
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Las fundaciones:Las estructuras de base que transfieren cargas al suelo, diseñadas de acuerdo con los requisitos de capacidad y estabilidad del suelo.
Variedades de estructuras de marco
Clasificación basada en el material:
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Cuadro de acero:Utilizando componentes de acero de alta resistencia con una excelente ductilidad, ideal para edificios de gran altura y estructuras de largo alcance.
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Cuadros de hormigón:Empleando hormigón armado para una durabilidad superior y resistencia al fuego, que representa el tipo de marco más común.
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Cuadros de madera:Utilizando componentes de madera ligeros y fáciles de trabajar, típicamente para construcción residencial de bajos niveles.
Clasificación basada en la conexión:
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Los marcos sujetos:Con conexiones de viga-columna fijadas que transmiten solo fuerzas axiales y de cizallamiento, a menudo requieren apoyo diagonal para la estabilidad.
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Cuadros resistentes al momento:Incorporando conexiones rígidas capaces de transferir momentos de flexión, ofreciendo una mayor rigidez para aplicaciones de gran altura.
Tipos especializados:
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Enmarcado en globo:Técnica tradicional de madera con miembros verticales continuos desde los cimientos hasta el techo.
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Cuadros espaciales:Estructuras tridimensionales de rejilla que combinan un diseño ligero con una alta resistencia, adecuadas para techos de gran ancho.
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Cuadros del portal:Cuadros de conexión rígida comúnmente utilizados en instalaciones industriales.
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Enmarcado en A:Configuraciones triangulares distintivas a menudo vistas en la arquitectura residencial.
Mecanismo de transferencia de carga
Las estructuras de marco distribuyen las cargas a través de una vía definida:
- Las losas/techos reciben cargas en vivo y ambientales
- Las vigas transfieren estas cargas a las columnas
- Las columnas canalizan fuerzas a los cimientos
- Los cimientos distribuyen el peso en el suelo
Ventajas estructurales
Las estructuras de marco ofrecen numerosas ventajas:
- Construcción rápida mediante prefabricación
- Altas proporciones de resistencia/peso
- Excelente rendimiento sísmico
- Adaptabilidad a edificios de varios pisos
- Superior rigidez y estabilidad
- Configuraciones espaciales flexibles
- Utilización eficiente de los materiales
- Procesos de análisis y diseño simplificados
Consideraciones sobre el sistema de muros
Las paredes de estructura de marco tienen funciones estructurales o divisorias:
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Paredes portantes:Normalmente las paredes de cizallamiento resisten las fuerzas laterales
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Paredes no portantes:Particiones ligeras para la división del espacio
Los factores de diseño de la pared incluyen las propiedades del material, la integración estructural y los detalles de conexión con el marco principal.
Tendencias emergentes
La tecnología de la estructura del marco continúa evolucionando con:
- Materiales de construcción sostenibles
- Sistemas inteligentes de vigilancia
- Prefabricación modular
- Materiales compuestos avanzados
Como método de construcción fundamental, las estructuras de marco siguen siendo vitales para crear entornos construidos seguros, funcionales y adaptables.Las innovaciones en curso prometen un mayor rendimiento y sostenibilidad en el diseño arquitectónico.
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