En ingeniería estructural , el tubo es un sistema donde, para resistir cargas laterales (viento, sísmica, impacto), un edificio está diseñado para actuar como un cilindro hueco, en voladizo perpendicular al suelo. Este sistema fue introducido por Fazlur Rahman Khan mientras trabajaba en el estudio de arquitectura Skidmore, Owings & Merrill (SOM), en su oficina de Chicago. [1] El primer ejemplo del uso del tubo es el edificio de apartamentos DeWitt-Chestnut de 43 pisos diseñado por Khan, desde que se renombró Plaza en DeWitt , en Chicago , Illinois , terminado en 1966. [2]
El sistema se puede construir utilizando acero , hormigón o construcción compuesta (el uso discreto de acero y hormigón). Se puede utilizar para oficinas , apartamentos y edificios de uso mixto . La mayoría de los edificios de más de 40 pisos construidos desde la década de 1960 son de este tipo estructural.
Concepto
El concepto del sistema de tubos se basa en la idea de que un edificio puede diseñarse para resistir cargas laterales al diseñarlo como un voladizo hueco perpendicular al suelo. En la encarnación más simple del tubo, el perímetro del exterior consta de columnas estrechamente espaciadas que se unen con vigas enjutas profundas a través de conexiones de momento. Este conjunto de columnas y vigas forma un marco rígido que equivale a un muro estructural denso y fuerte a lo largo del exterior del edificio. [3]
Esta estructura exterior está diseñada lo suficientemente fuerte para resistir todas las cargas laterales del edificio, lo que permite que el interior del edificio se enmarque simplemente para las cargas de gravedad. Las columnas interiores son comparativamente pocas y están ubicadas en el núcleo. La distancia entre el exterior y los marcos centrales se amplía con vigas o cerchas y puede estar libre de columnas. Esto maximiza la efectividad del tubo perimetral al transferirle algunas de las cargas de gravedad dentro de la estructura y aumenta su capacidad para resistir el vuelco a través de cargas laterales.
Historia
En 1963, había aparecido un nuevo sistema estructural de tubos enmarcados en el diseño y la construcción de rascacielos . Fazlur Rahman Khan , un ingeniero estructural de Bangladesh (entonces llamado Pakistán Oriental ) que trabajaba en Skidmore, Owings & Merrill , definió la estructura de tubo enmarcado como "una estructura espacial tridimensional compuesta de tres, cuatro o posiblemente más marcos, marcos arriostrados, o muros de cortante, unidos en o cerca de sus bordes para formar un sistema estructural en forma de tubo vertical capaz de resistir fuerzas laterales en cualquier dirección mediante voladizo desde la cimentación ". [4] Columnas exteriores interconectadas y muy espaciadas forman el tubo. Las cargas laterales u horizontales (viento, sísmica, impacto) son soportadas por la estructura en su conjunto. Aproximadamente la mitad de la superficie exterior está disponible para ventanas. Los tubos enmarcados requieren menos columnas interiores y, por lo tanto, permiten más espacio útil en el piso. Cuando se necesiten aberturas más grandes, como puertas de garaje, se debe interrumpir el marco del tubo y se deben usar vigas de transferencia para mantener la integridad estructural.
El concepto del tubo de Khan se inspiró en su ciudad natal en Dhaka , Bangladesh. Su ciudad natal no tenía edificios de más de tres pisos. Tampoco vio su primer rascacielos en persona hasta la edad de 21 años, y no había entrado en un edificio de media altura hasta que se mudó a los Estados Unidos para la escuela de posgrado. A pesar de esto, el entorno de su ciudad natal en Dhaka influyó más tarde en su concepto de construcción de tubos, que se inspiró en el bambú que brotó alrededor de Dhaka. Descubrió que un tubo hueco, como el bambú en Dhaka, le daba una durabilidad vertical de gran altura. [5]
El primer edificio en aplicar la construcción de estructura de tubo fue el edificio de apartamentos DeWitt-Chestnut que diseñó Khan y que se terminó en Chicago en 1963. [6] Esto sentó las bases para el diseño estructural de tubos de muchos rascacielos posteriores, incluido su propio John Hancock Center y Willis Tower , y la construcción del World Trade Center , las Torres Petronas , el edificio Jin Mao y la mayoría de los otros rascacielos altos desde la década de 1960, incluido el edificio más alto del mundo a partir de 2020[actualizar], el Burj Khalifa . [7]
Variantes
Desde su concepción, el tubo se ha variado para adaptarse a diferentes necesidades estructurales.
Tubo enmarcado
Esta es la encarnación más simple del tubo. Puede aparecer en una variedad de formas de planos de planta, incluidos cuadrados, rectangulares, circulares y de forma libre. Este diseño se utilizó por primera vez en el edificio de apartamentos DeWitt-Chestnut de Chicago, diseñado por Khan y terminado en 1965, pero los ejemplos más notables son el Aon Center y las torres originales del World Trade Center .
Tubo con armazón o arriostrado
El tubo entramado, también denominado tubo arriostrado , es similar al tubo simple pero con comparativamente menos columnas exteriores y más espaciadas. Se introducen refuerzos de acero o muros de corte de hormigón a lo largo de los muros exteriores para compensar el menor número de columnas atándolas juntas. Los ejemplos más notables que incorporan refuerzos de acero son el John Hancock Center, el Citigroup Center y la Bank of China Tower .
Tubo en tubo
También conocidas como casco y núcleo , estas estructuras tienen un tubo central dentro de la estructura, que sostiene el ascensor y otros servicios, y otro tubo alrededor del exterior. La mayor parte de las cargas de gravedad y laterales son absorbidas normalmente por el tubo exterior debido a su mayor resistencia. El edificio de oficinas con estructura de concreto de 50 pisos 780 Third Avenue en Manhattan utiliza muros de corte de concreto para refuerzos y un núcleo descentrado para permitir interiores sin columnas. [8]
Tubo incluido
En lugar de un tubo, un edificio consta de varios tubos unidos para resistir las fuerzas laterales. Dichos edificios tienen columnas interiores a lo largo de los perímetros de los tubos cuando caen dentro de la envolvente del edificio. Los ejemplos notables incluyen Willis Tower , One Magnificent Mile y Newport Tower .
Además de ser eficiente estructural y económicamente, el tubo agrupado era "innovador en su potencial para la formulación versátil del espacio arquitectónico. Las torres eficientes ya no tenían que ser como cajas; las unidades de tubo podían adoptar varias formas y se podían agrupar en diferentes tipo de agrupaciones ". [9] La estructura de tubos agrupados significaba que "los edificios ya no necesitan tener una apariencia de caja: podrían convertirse en esculturas". [10]
Híbridos
Los híbridos incluyen una categoría variada de estructuras en las que se utiliza el concepto básico de tubo y se complementa con otros soportes estructurales. Este método se utiliza cuando un edificio es tan delgado que un sistema no puede proporcionar la resistencia o rigidez adecuadas.
Estructuras de tubos de hormigón
Los últimos edificios importantes diseñados por Khan fueron One Magnificent Mile y Onterie Center en Chicago, que emplearon sus diseños de sistemas de tubos agrupados y de tubos entramados respectivamente. En contraste con sus edificios anteriores, que eran principalmente de acero, sus dos últimos edificios eran de hormigón. Su anterior edificio DeWitt-Chestnut Apartments , construido en 1963 en Chicago, también era un edificio de hormigón con estructura de tubo. [7] Trump Tower en la ciudad de Nueva York es también otro ejemplo que adaptó este sistema. [11]
Otros usos
Algunas torres de celosía constan de elementos de tubo de acero. Se pueden utilizar para estructuras de celosía arriostradas y autoportantes. Un ejemplo para el primer tipo fue Varsovia Radio Mast , un ejemplo para el último son las torres rusas 3803 KM .
Diagrama
Referencias
- ^ Weingardt, Richard (2005). Leyendas de la ingeniería . Publicaciones de ASCE . pag. 76. ISBN 978-0-7844-0801-8.
- ^ Beedle, Lynn S .; Consejo de Edificios Altos y Hábitat Urbano (1986). Avances en edificios altos . Van Nostrand Reinhold Company. pag. 149. ISBN 978-0-442-21599-6.
- ^ Ali, Mir M .; Luna, Kyoung Sun (2007). "Desarrollos estructurales en edificios altos: tendencias actuales y perspectivas de futuro". Revisión de la ciencia arquitectónica . 50 (3): 205–223. doi : 10.3763 / asre.2007.5027 .
- ^ "Evolución de los rascacielos de hormigón" . Archivado desde el original el 5 de junio de 2007 . Consultado el 14 de mayo de 2007 .
- ^ Greene, Nick (28 de junio de 2016). "El hombre que salvó el rascacielos" . Hilo mental . Atavist . Consultado el 22 de septiembre de 2019 .
- ^ Swenson, Alfred; Chang, Pao-Chi (2008). "Construcción de edificios" . Encyclopædia Britannica . Consultado el 9 de diciembre de 2008 .
- ^ a b Ali, Mir M. (2001). "Evolución de los rascacielos de hormigón: de Ingalls a Jin Mao" . Revista Electrónica de Ingeniería Estructural . 1 (1): 2-14 . Consultado el 30 de noviembre de 2008 .
- ^ 780 Tercera Avenida en Emporis
- ^ Hoque, Rashimul (2012). "Khan, Fazlur Rahman1" . En el Islam, Sirajul ; Jamal, Ahmed A. (eds.). Banglapedia: Enciclopedia Nacional de Bangladesh (Segunda ed.). Sociedad Asiática de Bangladesh .
- ^ Stephen Bayley (5 de enero de 2010). "Burj Dubai: el nuevo pináculo de la vanidad" . El Daily Telegraph . Consultado el 26 de febrero de 2010 .
- ^ Seinuk, Ysrael A .; Cantor, Irwin G. (marzo de 1984). "Trump Tower: Concrete Satisface las demandas de arquitectura, diseño y construcción" . Concrete International . 6 (3): 59–62. ISSN 0162-4075 .