En ingeniería estructural , el tubo es un sistema en el que, para resistir cargas laterales (viento, sismo, impacto), se diseña un edificio para que actúe como un cilindro hueco, en voladizo perpendicular al suelo. Este sistema fue introducido por Fazlur Rahman Khan mientras trabajaba en la firma 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, luego rebautizado como Plaza on DeWitt , en Chicago , Illinois , terminado en 1966. [2]
El sistema se puede construir con acero , hormigón o construcción compuesta (el uso discreto de acero y hormigón). Se puede utilizar para edificios de oficinas , apartamentos y usos mixtos . La mayoría de los edificios de más de 40 pisos construidos desde la década de 1960 son de este tipo estructural.
El concepto de sistema de tubos se basa en la idea de que un edificio puede diseñarse para resistir cargas laterales diseñándolo como un voladizo hueco perpendicular al suelo. En la encarnación más simple del tubo, el perímetro del exterior consta de columnas muy espaciadas que se unen entre sí con vigas de tímpano profundas mediante conexiones de momento. Este conjunto de columnas y vigas forma un marco rígido que equivale a una pared estructural densa y fuerte a lo largo del exterior del edificio. [3]
Este armazón exterior está diseñado lo suficientemente fuerte como para resistir todas las cargas laterales del edificio, lo que permite que el interior del edificio se enmarque de manera sencilla para soportar las cargas de gravedad. Las columnas interiores son comparativamente pocas y están ubicadas en el núcleo. La distancia entre el exterior y los armazones del núcleo se cubre con vigas o cerchas y puede estar libre de columnas. Esto maximiza la eficacia 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.
En 1963, apareció 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 tubos enmarcados como "una estructura espacial tridimensional compuesta por tres, cuatro o posiblemente más marcos, marcos arriostrados o muros de corte, unidos en o cerca de sus bordes para formar un sistema estructural vertical similar a un tubo capaz de resistir fuerzas laterales en cualquier dirección en voladizo desde la base". [4] Las columnas exteriores interconectadas y espaciadas estrechamente forman el tubo. Las cargas laterales u horizontales (viento, sísmicas, 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. Donde se necesitan aberturas más grandes, como puertas de garaje, el marco de tubos debe interrumpirse, y se utilizan vigas de transferencia para mantener la integridad estructural.
El concepto de tubo de Khan se inspiró en su ciudad natal, Dacca , Bangladesh, donde no había edificios de más de tres pisos. Además, no vio su primer rascacielos en persona hasta los 21 años y no había puesto un pie en un edificio de mediana altura hasta que se mudó a los Estados Unidos para realizar estudios de posgrado. A pesar de esto, el entorno de su ciudad natal, Dacca, influyó más tarde en su concepto de edificio de tubo, que se inspiró en el bambú que brotaba alrededor de Dacca. Descubrió que un tubo hueco, como el bambú de Dacca, confería una gran durabilidad vertical a los edificios de gran altura. [5]
El primer edificio en el que se aplicó la construcción con estructura de tubo fue el edificio de apartamentos DeWitt-Chestnut, que Khan diseñó y que se terminó en Chicago en 1963. [6] Esto sentó las bases para el diseño estructural de tubo de muchos rascacielos posteriores, incluido su propio John Hancock Center y la Torre Sears , 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]
Desde su concepción, el tubo ha sido variado para adaptarse a diferentes necesidades estructurales.
Esta es la forma más simple del tubo. Puede aparecer en una variedad de formas de planta, incluidas las cuadradas, 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 .
El tubo arriostrado, también llamado tubo arriostrado , es similar al tubo simple pero con columnas exteriores comparativamente menos numerosas y más espaciadas. Se introducen arriostramientos de acero o muros de corte de hormigón a lo largo de los muros exteriores para compensar la menor cantidad de columnas uniéndolas entre sí. Los ejemplos más notables que incorporan arriostramientos de acero son el John Hancock Center , el Citigroup Center y la Bank of China Tower .
Estas estructuras tienen un tubo central en el interior de la estructura, que contiene el ascensor y otros servicios, y otro tubo alrededor del exterior. La mayor parte de las cargas de gravedad y laterales normalmente las absorbe el tubo exterior debido a su mayor resistencia. El edificio de oficinas de 50 pisos con estructura de hormigón del 780 Third Avenue en Manhattan utiliza muros de corte de hormigón para apuntalar y un núcleo descentrado para permitir interiores sin columnas. [8]
En lugar de un solo tubo, un edificio consta de varios tubos unidos entre sí para resistir fuerzas laterales. Dichos edificios tienen columnas interiores a lo largo de los perímetros de los tubos cuando caen dentro de la envoltura del edificio. Algunos ejemplos notables incluyen la Torre Willis , One Magnificent Mile y la Torre Newport .
Además de ser eficientes desde el punto de vista estructural y económico, los tubos atados eran "innovadores por su potencial para la formulación versátil del espacio arquitectónico. Las torres eficientes ya no tenían que tener forma de caja; las unidades de tubos podían adoptar diversas formas y podían agruparse en diferentes tipos de agrupaciones". [9] La estructura de tubos atados significaba que "[los edificios] podían convertirse en esculturas". [10]
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 la rigidez adecuadas.
Los últimos edificios importantes diseñados por Khan fueron el One Magnificent Mile y el Onterie Center en Chicago, que emplearon sus diseños de sistemas de tubos en haces y tubos en celosía respectivamente. A diferencia de sus edificios anteriores, que eran principalmente de acero, sus dos últimos edificios eran de hormigón. Su edificio anterior, el DeWitt-Chestnut Apartments , construido en 1963 en Chicago, también era un edificio de hormigón con una estructura de tubos. [7] La Torre Trump en la ciudad de Nueva York es otro ejemplo que adaptó este sistema. [11]
Algunas torres de celosía tienen elementos de tubos de acero, como el mástil de radio de Varsovia arriostrado o las torres independientes 3803 KM .
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