Análisis estructural global de edificios altos por el método continuo y el método de matriz de transferencia utilizando formulación energética

Abstract

El análisis estructural de un edificio alto puede resolverse mediante un análisis local o global. Se conoce que la respuesta global no es la simple superposición de respuestas de los sistemas estructurales individuales y es importante realizar un análisis estructural global del edificio alto que considere la compleja interacción tridimensional entre los sistemas estructurales. A pesar de que el avance tecnológico ha contribuido a que un análisis estructural completo utilizando paquetes comerciales de elementos finitos sea fácil de obtener, en una etapa temprana del proyecto los ingenieros estructurales necesitan tomar decisiones rápidas y el uso de modelos tridimensionales complejos pueden demandar mucho tiempo y resultar poco práctico y costoso. Por el contrario, el uso de métodos aproximados como el método continuo y el método de matriz de transferencia que sustituye un edificio alto como una viga de reemplazo equivalente, reduce drásticamente los grados de libertad de la estructura, involucra una mínima cantidad de tiempo y permite concentrar el análisis en las características estructurales más importantes e ignorar aquellas que no tienen una influencia importarte (y a veces nula) en la respuesta estructural. El objetivo principal de este proyecto de investigación es desarrollar y proponer un procedimiento analítico para el análisis estructural global del edificio alto que involucra un análisis estático, dinámico y de estabilidad basado en el método continuo y el método de matriz de transferencia utilizando una formulación energética. La formulación matemática utilizando el método continuo proporciona soluciones de forma cerrada para el análisis estructural estático, dinámico y de estabilidad de edificios altos regulares y la utilización conjunta del método continuo y el método de matriz de transferencia permite evaluar el análisis estructural de los edificios altos que presentan variabilidad estructural en altura. El modelo simplificado se utiliza para calcular el perfil de desplazamiento lateral, el desplazamiento máximo, las derivas de entrepiso y la deriva global en el caso estático; para calcular las frecuencias y los periodos en el caso dinámico y para calcular la carga crítica global de pandeo en el caso de estabilidad. Esta investigación se divide en dos partes. La primera parte presenta el procedimiento matemático que conduce a soluciones cerradas del análisis estructural estático, dinámico y de estabilidad de modelos de vigas de reemplazo adecuados a cada elemento estructural como pórticos, muros de corte, muros de corte acoplado, núcleos y también se analiza estrategias para representar al edificio alto mediante una sola viga de reemplazo con sus rigideces características. La segunda parte presenta un análisis de precisión y fiabilidad de los modelos desarrollados comparando los resultados del método continuo y método de matriz de transferencia con el método de elementos finitos. Los resultados de la investigación demuestran una excelente precisión y fiabilidad de la aplicación de los modelos continuos desarrollados para los sistemas estructurales y para el edificio alto. Como conclusión general, el procedimiento analítico propuesto en este proyecto de investigación para el análisis estructural global del edificio alto ha demostrado ser un procedimiento muy confiable en su precisión e involucra un reducido tiempo de procesamiento, lo que lo hace conveniente para implementarse en las oficinas de ingeniería como una excelente alternativa para el análisis estructural de edificios altos en una etapa preliminar y como un método de verificación en la etapa final del proyecto