Caracterización del comportamiento sísmico de edificios

El plugin Towers, disponible para el SAP2000, ha demostrado ser de gran ayuda para caracterizar el comportamiento sísmico de los edificios. En el análisis sísmico de edificios es importante comprender los conceptos teóricos que subyacen a los procedimientos automáticos de los programas.

Por este motivo, este artículo pretende aclarar las opciones disponibles en Towers a la hora de utilizarlo.

Settings

A continuación, podemos ver una de las ventanas con los parámetros que deben ser configurados por el usuario antes del análisis.

Masa y rigidez a utilizar:

En este campo se puede definir el origen de las masas y rigideces a utilizar en el cálculo de las propiedades de la Torre.

Se puede utilizar la rigidez elástica inicial y la fuente de masas por defecto, o utilizar tanto la rigidez como la masa de un caso de carga no lineal anterior. Como ejemplo, se puede utilizar el caso de rigidez de la estructura fisurada.

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​Métodos de cálculo de los centros de rigidez:

En este campo puede definirse el método que se utilizará para calcular los centros de rigidez (CR). En este caso, se puede elegir entre el método de "centros de rigidez de plantas aisladas" o el método de "centros de rigidez de todas las plantas".

En el primer caso, las posiciones del CR se calculan independientemente para cada planta de cada torre, mientras que en la segunda opción el CR se determina simultáneamente para todas las plantas de todas las torres.

El enfoque de "Centros de rigidez de plantas aisladas" identifica el CR como el punto de la planta tal que, al aplicar una fuerza horizontal sobre él, el diafragma de la planta presenta un desplazamiento traslacional puro. Los demás pisos de la torre, a su vez, podrán moverse y girar libremente.

Nota: Este es el enfoque adoptado habitualmente por la mayoría de los códigos de diseño internacionales.

El enfoque de los "Centros de rigidez de todas las plantas", en cambio, identifica el CR como el punto en el que se encuentra la resultante de los cortantes en esa planta y que genera un desplazamiento traslacional puro de todo el edificio, determinado por una distribución predefinida de fuerzas laterales.

Según este enfoque, las posiciones del CR son, por tanto, función de la distribución de las fuerzas adoptadas. El usuario puede definir la distribución adecuada para cada dirección horizontal en los campos de entrada que figuran a continuación.

Distribución de fuerzas para calcular radios de torsión y Centros de Rigidez:

Define la distribución de fuerzas a utilizar para el cálculo de radios de torsión y CR, en caso de que se haya seleccionado la opción "Centros de rigidez de todas las plantas".

La distribución de fuerzas puede ser de dos tipos: proporcional a la masa del piso y proporcional a la masa y elevación de los pisos. En el segundo caso, también es posible seleccionar el exponente que se utilizará para distribuir las fuerzas a lo largo de la altura del edificio (1 para una distribución lineal, 2 para una parabólica, etc.).

Cálculo de los coeficientes de sensibilidad del desplome entre plantas (Drifts):

Activando esta opción se realizará el cálculo de los coeficientes de sensibilidad del desplome entre plantas. Estos coeficientes son una forma de medir la sensibilidad de la estructura a los efectos de segundo orden, y se calculan como una relación entre los momentos de segundo orden del piso y el momento de primer orden (P*d/V*h).

Una vez activada esta opción de cálculo, debe especificarse la correspondiente distribución de fuerzas horizontales y verticales y desplazamientos.

Con respecto a la distribución de fuerzas, el usuario puede seleccionar el análisis apropiado (por ejemplo, un análisis de Espectro de Respuesta), mientras que para los desplazamientos es posible utilizar el mismo análisis seleccionado para las fuerzas horizontales y amplificar los desplazamientos mediante un factor de escala (q), o seleccionar un análisis diferente.

Calculate

Tras pulsar el botón Calcular, se iniciará el cálculo de las propiedades de la torre según las preferencias establecidas. Dado que el cálculo requiere que el modelo esté desbloqueado, en caso de que se encuentre actualmente bloqueado, se mostrará un mensaje de advertencia y se solicitará una confirmación explícita para continuar.

Una vez finalizado el cálculo, las tablas de las propiedades calculadas pueden seleccionarse y visualizarse mediante el botón "Visualizar tablas...". Las tablas disponibles son:

Centros de masa y rigidez: 

• Dimensión en planta de cada diafragma;

• Posición de los centros de masa por planta;

• Masas por planta;

• Momento polar de inercia por planta,

• Posición de los centros de rigidez y las excentricidades estáticas correspondientes, tanto en términos absolutos como relativos.

Radios de torsión y radios de giro:

• Rigidez equivalente traslacional y rotacional;

• Raíz cuadrada del cociente entre la rigidez torsional y la rigidez lateral ("radio de torsión");

• Radio de giro de la masa del piso (ls).

IMPORTANTE:  la rigidez indicada en estas tablas se calcula con referencia a los cortantes y desplomes entre plantas correspondientes a la distribución de fuerzas seleccionada. Por lo tanto, el valor de la rigidez en una determinada elevación se ve afectado por la deformación por flexión de los pisos inferiores. En determinados sistemas estructurales (por ejemplo, sistemas de muros), esto se traduce en una degradación constante de la rigidez en altura, aunque las secciones de los elementos verticales permanezcan constantes.

Coeficientes de sensibilidad del desplome entre plantas (Drifts):

• Suma de las cargas verticales estáticas;

• Cortantes por planta, correspondientes al análisis seleccionado;

• Desplome entre plantas en el centro de masa;

• Las relaciones entre el momento de 2º orden y el momento de 1º orden (P*d/V*h).