Piense en las suposiciones y cargas que los ingenieros estructurales deben considerar al diseñar estructuras de acero. Esto podría ser lo primero que deben analizar. Como ingenieros estructurales, debemos ser muy cuidadosos sobre cómo aplicamos estas cargas al edificio que estamos planificando. Necesitamos saber cuán pesada es nuestra estructura, ya que estas cargas estructurales determinarán cuánto refuerzo necesitamos. Además, cada componente estructural también cambiará según las variaciones de carga.
Como todos sabemos, un edificio puede soportar su propio peso y no se doblará ni se romperá cuando se someta a un impacto lateral. En este artículo, discutiremos las cargas estructurales que un edificio de estructura de acero puede experimentar. Debería, al menos, comprender los conceptos básicos sobre qué son las cargas estructurales y cómo se mueven. Además, hablaremos sobre cómo calcular las cargas de diseño para una estructura.
Cargas Muertas
Las cargas muertas son el peso propio del edificio. Esto incluye el peso de la cimentación, paredes, techo, suelo, vigas, columnas y cualquier otra parte o accesorio que esté fijado en su lugar. En la mayoría de los casos, las cargas muertas no cambian con el tiempo, a menos que haya modificaciones en la estructura del edificio o en sus componentes.
Cargas Vivas
Las cargas vivas son el peso de las personas, bienes móviles, muebles y otros objetos en un edificio o estructura. Estas cargas pueden cambiar con el tiempo. Por lo tanto, no se puede saber con exactitud dónde estarán o cuánto pesarán. Personas en gimnasios de metal, equipos de oficina en edificios metálicos de oficinas y vehículos en un puente son ejemplos de cargas vivas.
Otros Tipos de Cargas en Estructuras de Acero
Además, existen otros tipos comunes de cargas estructurales que deben considerarse al diseñar y construir una estructura:
- Carga de Viento: La carga de viento es la fuerza que actúa sobre un edificio u objeto debido al viento. Estas cargas varían según la ubicación, la exposición y la altura del edificio.
- Carga de Nieve: El peso de la nieve acumulada en techos, paredes y otras superficies planas de un edificio se llama carga de nieve. La carga de nieve en edificios de acero varía según la cantidad de nieve y la ubicación del edificio.
- Cargas Sísmicas: Cuando ocurre un terremoto, genera fuerzas que hacen que un edificio o estructura se balancee, incline o mueva. Estas fuerzas se denominan cargas sísmicas. La capacidad de un edificio para resistir estas cargas depende de su ubicación y de la magnitud de las fuerzas sísmicas.
- Cargas Térmicas: Estas son fuerzas que resultan de los cambios de temperatura, los cuales causan que un edificio o estructura se expanda o contraiga. Las cargas térmicas varían según la ubicación del edificio y los materiales de construcción.
- Cargas del Suelo: Estas son las fuerzas ejercidas sobre el suelo por el peso del edificio o estructura y los objetos dentro de él. El tipo de suelo y su capacidad para soportar peso afectarán las cargas que puede resistir.
Los ingenieros deben tener en cuenta todas estas cargas estructurales comunes al planificar y construir edificios. Esto asegura que la construcción sea segura, estable y capaz de soportar diferentes cargas y presiones a largo plazo.
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¿Cuál es el Papel de las Cargas Estructurales?
Las cargas estructurales nos indican el tipo y la magnitud de las fuerzas que actúan sobre los componentes estructurales de un edificio. Esto ayuda a garantizar que la construcción sea segura y pueda soportar diferentes tensiones y cargas. Las cargas estructurales son un factor importante a considerar al diseñar y construir un edificio, ya que afectan el tamaño y la resistencia de los componentes estructurales, como vigas, columnas y conexiones.
Determinar las cargas estructurales es fundamental para que el diseño de la cimentación del edificio funcione adecuadamente. Esto se debe a que el peso del edificio y las cargas que soporta deben transferirse de manera segura al suelo, sin causar asentamientos ni inestabilidades.
El propósito de las cargas estructurales de acero es garantizar que el edificio pueda soportar diversas cargas y fuerzas, proporcionando una estructura segura y duradera para su uso previsto. Por lo tanto, comprender las cargas que actúan sobre la estructura de acero ayuda a los ingenieros a determinar el tamaño y la distribución correctos de los componentes estructurales. Además, les permite seleccionar los materiales y métodos de construcción que harán que el edificio sea seguro y estable.
¿Cómo Se Calculan las Cargas en una Estructura de Acero?
Los ingenieros pueden determinar el peso que soportará una estructura de acero calculando todas estas cargas. Así pueden asegurarse de que el edificio esté diseñado y construido para soportarlas. Aquí están los pasos generales para calcular las cargas en una estructura de acero:
- Calcular la Carga Muerta. Primero, calcula el peso de los componentes estructurales como columnas, vigas y paredes. Esto se puede hacer calculando el peso por unidad de área de cada componente.
- Calcular la Carga Viva. Esto incluye el peso de todas las personas, muebles y herramientas que estarán en el edificio. La carga viva se puede estimar observando cómo se usará el edificio y las normativas de construcción locales.
- Calcular la Carga de Viento. La carga de viento está influida por la ubicación del edificio, la velocidad del viento y la forma del edificio. Se pueden usar datos de ingeniería estándar o códigos de construcción locales para calcularla.
- Calcular la Carga de Nieve. Para calcular las cargas de nieve, se debe considerar la cantidad de nieve que puede acumularse en la ubicación del edificio. Las normas de ingeniería o los códigos de construcción locales pueden ser útiles para este cálculo.
- Calcular las Cargas Sísmicas. Estas cargas dependen del diseño del edificio y de la actividad sísmica en la región. Las cargas sísmicas se calculan utilizando códigos de construcción regionales o guías de diseño sísmico.
- Calcular las Cargas Térmicas. Esto implica considerar cuánto se expandirá y contraerá el edificio con los cambios de temperatura. Las cargas térmicas se calculan teniendo en cuenta los materiales del edificio y el rango de temperaturas previsto en la zona.
- Calcular las Cargas del Suelo. Estas son el peso que la casa y su contenido transfieren al suelo. Conociendo el tipo y la capacidad de carga del suelo, se puede estimar aproximadamente la carga que soportará.
¿Cómo se Puede Distribuir de Forma Más Eficiente la Carga de las Columnas de un Edificio?
Si la estructura del edificio está diseñada de manera adecuada, puede transferir el peso del techo y el piso a la cimentación sin sobrecargar las columnas. Así, el peso de las columnas del edificio se puede dispersar correctamente. Aquí hay algunos métodos comunes:
Diseño en Cuadrícula:Mantener el mismo espaciado entre las columnas en todo el edificio ayuda a distribuir la carga de manera más uniforme.
Sistema Estructural:Al elegir un sistema estructural, es importante considerar la altura y el tamaño del edificio, además de sus propiedades funcionales, materiales y capacidad de carga.
Vigas Cruzadas:Las vigas cruzadas pueden usarse para distribuir el peso y cubrir el espacio entre los pilares. Es importante elegir el tamaño y el material adecuados para garantizar una distribución uniforme de la carga.
Refuerzos:Se pueden incorporar elementos de refuerzo como tirantes diagonales o cruces. Esto ayuda a aumentar la rigidez estructural general y reduce la probabilidad de inclinaciones laterales, distribuyendo la carga de manera más uniforme.
Cimentación:La cimentación debe diseñarse para que el peso se distribuya uniformemente en el suelo o roca subyacente. Si se planifica y construye correctamente, ayudará a minimizar asentamientos desiguales y reducirá la carga sobre las columnas.
Tenga en cuenta que la distribución del peso de un edificio es un proceso complejo que requiere conocimientos y habilidades específicas. Para garantizar que la carga sobre las columnas se distribuya de manera segura y efectiva, debe consultar a un ingeniero estructural profesional.
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¿Cómo Elegir las Combinaciones de Carga para Diseñar Estructuras de Acero?
Al diseñar estructuras de acero, las combinaciones de carga a utilizar deben considerar los diferentes tipos de cargas que el edificio puede soportar. Además, es necesario tener en cuenta la probabilidad de que estas cargas estructurales ocurran al mismo tiempo. Generalmente, al diseñar estructuras de acero, se deben considerar cinco tipos de cargas: carga muerta, carga viva, carga de viento, carga de nieve y carga sísmica.
Para garantizar que la estructura de acero sea lo suficientemente fuerte para soportar estas cargas, es necesario utilizar factores de carga establecidos o factores de combinación de carga para combinar diferentes tipos de cargas. Estos factores dependen de la probabilidad de que cada carga ocurra simultáneamente.
Las combinaciones de carga utilizadas para construir edificios de acero deben cumplir con las normas de seguridad y los códigos de construcción. Por ejemplo, la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles (ASCE) ofrece recomendaciones sobre cómo seleccionar combinaciones de carga basándose en el nivel de rendimiento esperado de la estructura. En última instancia, las combinaciones de carga utilizadas para construir edificios de acero dependen del diseño del edificio, los códigos de construcción y leyes locales, así como las opiniones de expertos o diseñadores del proyecto.