Sistema de celosía escalonada

El sistema de cerchas escalonadas es un tipo de entramado de acero estructural utilizado en edificios de gran altura . El sistema consiste en una serie de cerchas de la altura de un piso que abarcan el ancho total entre dos filas de columnas exteriores y están dispuestas en un patrón escalonado en líneas de columnas adyacentes. ^{[ 1 ]} A William LeMessurier , fundador de LeMessurier Consultants, se le atribuye el desarrollo de este sistema galardonado ^{[ 2 ]} como parte de su investigación en el Instituto Tecnológico de Massachusetts .

El sistema de celosía escalonada surgió gracias a una investigación patrocinada en los Departamentos de Arquitectura e Ingeniería Civil del Instituto Tecnológico de Massachusetts ^{[ 1 ]} en la década de 1960 por US Steel . ^{[ 2 ]} La investigación buscaba lograr la misma altura entre pisos con acero que la que se podía obtener con losas planas de hormigón. ^{[ 2 ]} El sistema se presentó en la Conferencia AISC de 1966 (predecesora de la actual Conferencia Norteamericana de Construcción en Acero ). ^{[ 2 ]} Otros beneficios descubiertos fueron ^{[ 2 ]} alta resistencia a las cargas de viento y versatilidad en la distribución de los pisos con grandes áreas libres de columnas. ^{[ 1 ]}

Se ha utilizado en varios trabajos de LeMessurier Consultants en hoteles, incluidos el Lafayette Place Hotel en Boston y el Aladdin Hotel en Las Vegas . ^{[ 2 ]} Otros lugares que utilizan este sistema incluyen el Resorts International Hotel en Atlantic City, Nueva Jersey , ^{[ 3 ]} el Embassy Suites Hotel en la ciudad de Nueva York, ^{[ 4 ]} el Baruch College Academic Center en la ciudad de Nueva York, ^{[ 4 ]} el Trump Taj-Mahal en Atlantic City, NJ, ^{[ 4 ]} y el Renaissance Hotel en Nashville, TN. ^{[ 4 ]}

El sistema de cerchas escalonadas para estructuras de acero es un sistema estructural eficiente para apartamentos de gran altura, hoteles, moteles, residencias estudiantiles y hospitales. La disposición de cerchas de altura de piso en un patrón escalonado en líneas de columnas alternas proporciona grandes áreas libres de columnas para la distribución de las habitaciones. ^{[ 2 ]} Estas áreas libres de columnas pueden utilizarse para salones de baile, vestíbulos y otras áreas grandes.

El sistema estructural de cerchas escalonadas consiste en cerchas de acero de la altura de un piso colocadas en líneas de columnas alternas en cada piso, de manera que el eje longitudinal de una cercha siempre se encuentra entre las cerchas del piso inferior. ^{[ 4 ]} El sistema escalona las cerchas en un módulo de 12', lo que significa que en cualquier piso dado las cerchas estaban separadas por 24'. ^{[ 2 ]}

La interacción de los pisos, las cerchas y las columnas hace que la estructura funcione como una sola unidad, aprovechando al máximo la resistencia y rigidez de todos los componentes simultáneamente. Cada componente cumple su función particular, dependiendo totalmente de los demás para su desempeño. ^{[ 2 ]}

La estructura completa se comporta como una viga en voladizo cuando se somete a cargas laterales. Todas las columnas se ubican en el muro exterior del edificio y funcionan como las alas de la viga, mientras que las cerchas que cubren el ancho transversal total entre las columnas funcionan como el alma de la viga en voladizo . ^{[ 1 ]}

Si bien los sistemas de cerchas escalonadas anteriores utilizaban canales para las diagonales y verticales del alma, hoy en día la mayoría de las cerchas se diseñan con perfiles estructurales huecos (HSS) para los elementos verticales y diagonales, ya que son más eficientes estructuralmente y más fáciles de fabricar. Las cerchas se fabrican con curvatura para compensar la carga muerta y se transportan a la obra, se almacenan y luego se montan, generalmente en una sola pieza. ^{[ 4 ]}

La fabricación de este tipo de estructura requiere soldadores certificados y grúas puente capaces de levantar cerchas y columnas de 10 a 15 toneladas para proyectos de hasta 20 pisos. ^{[ 3 ]} La fabricación comprende los siguientes componentes: columnas, vigas de dintel, cerchas, columnas y vigas secundarias y el sistema de piso. ^{[ 3 ]}

• En la planta baja es posible crear grandes espacios abiertos sin columnas, ideales para salones de baile u otros pasillos amplios, ya que estas se ubican únicamente en las fachadas exteriores del edificio. Esto permite disponer de espacios de hasta 18 metros en cada dirección, con columnas que suelen aparecer solo en el perímetro de la estructura. Además, aumenta la flexibilidad de diseño, especialmente para la ubicación de atrios y planos de planta abiertos.
• Los tramos de piso pueden ser de longitud de vano corta, a la vez que proporcionan un espacio de dos columnas para la distribución de las habitaciones. ^{[ 1 ]} Esto da como resultado alturas bajas entre pisos. Normalmente, se logra una altura entre pisos de 8'-8". ^{[ 4 ]}
• Las columnas tienen momentos flectores mínimos debido a las cargas de gravedad y viento, debido a la acción en voladizo del sistema de entramado de doble plano. ^{[ 1 ]}
• Las columnas están orientadas con su eje fuerte resistiendo las fuerzas laterales en la dirección longitudinal del edificio. ^{[ 1 ]}
• Se pueden lograr reducciones máximas de carga viva porque las áreas tributarias se pueden ajustar para cumplir con los requisitos del código. ^{[ 1 ]}
• Las cimentaciones se realizan únicamente sobre las líneas de las columnas y pueden constar de dos zapatas corridas. ^{[ 1 ]} Debido a que las cargas verticales se concentran en unos pocos puntos de las columnas, se requiere menos encofrado de cimentación. ^{[ 4 ]}
• La deriva es pequeña, ya que el marco total actúa como una celosía rígida con cargas axiales directas que actúan únicamente en la mayoría de los elementos estructurales. La flexión secundaria se produce solo en las cuerdas de las celosías. ^{[ 1 ]}
• Los aceros de alta resistencia pueden utilizarse ventajosamente, ya que todos los elementos de la cercha y las columnas están sometidos, a efectos prácticos, únicamente a cargas axiales. ^{[ 1 ]}
• Se logra una estructura de acero ligera mediante el uso de aceros de alta resistencia y un sistema de entramado eficiente. ^{[ 1 ]} Dado que esto reduce el peso de la superestructura, se obtiene un ahorro sustancial en los costos de los trabajos de cimentación. ^{[ 4 ]}
• Más rápido de construir que estructuras de hormigón comparables. Una vez levantados dos pisos, se puede comenzar la instalación de ventanas y continuar justo después del montaje de la estructura de acero y los pisos. No se pierde tiempo esperando a que otros oficios, como los albañiles, comiencen a trabajar. Excepto para los cimientos, la losa de acabado y el rejuntado, se eliminan todos los trabajos que implican humedad. ^{[ 4 ]}
• Resistencia al fuego: el acero se localiza en las cerchas, que se encuentran cada 58 a 70 pies en cada piso, lo que permite una aplicación eficiente del tratamiento ignífugo . Además, las cerchas suelen ubicarse dentro de los muros divisorios , y es posible lograr la resistencia al fuego necesaria simplemente recubriéndolas con placas de yeso. Finalmente, si se desea protección mediante pulverización, el espesor aplicado puede minimizarse gracias a la compacidad de los elementos de la cercha. ^{[ 4 ]}

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