Comparación del comportamiento sismo resistente de una edificación en estructura metálica con elementos verticales tipo HEB vs. perfiles tubulares.
Date
2025-12-03
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Abstract
This research focuses on analyzing the seismic resistance of three structural systems with different vertical elements: concrete-filled columns, tubular columns without filling, and HEB columns. Their performance, dimensions, and costs were evaluated. Structural analyses were performed, including static, dynamic, and nonlinear evaluations, using standards such as NEC 15, FEMA 440, and ASCE 41-17, confirming that all three designs satisfied seismic safety and performance criteria, reaching a level of Life Safety in the design earthquake. The performance analysis also determined that the frame with HEB columns and bracing showed the greatest resistance, followed by unfilled tubular columns. The tubular columns filled with concrete ranked as third in terms of performance. The seismic joints were designed and analyzed using Idea Statica software, which illustrated energy dissipation in optimal areas. For the cost analysis, a comparative cost study was conducted based on A572 Gr.50 steel, which is used to build the columns, and concrete. The results showed that the most economical system is the tubular columns filled with concrete, with a cost of $1,172,639.67, because of a lower steel weight and with less plates. The columns with HEB sections were in second place, with a cost of $1,752,035.49, and finally, tubular columns, with a value of $2,253,024.43. In conclusion, the analysis shows that the design with HEB columns and bracing has the best seismic
performance, while the system of concrete-filled tubular columns offers a better economically viable solution for the characteristics of this type of building.
Description
El trabajo de investigación presente se centra en el análisis del comportamiento sismorresistente de tres sistemas estructurales con distintos elementos verticales: columnas rellenas de hormigón, columnas tubulares sin relleno y columnas HEB; se evaluó su desempeño, dimensionamiento y costos. Se realizaron los análisis estructurales, incluyendo las evaluaciones estáticas, dinámicas, y no lineales, empleando normativa como NEC 15, FEMA 440, ASCE 41-17, mediante las cuales confirmaron que los tres diseños cumplen con los criterios de seguridad y desempeño sísmico, alcanzando un nivel de Seguridad de Vida ante el sismo de diseño, el análisis del desempeño determino además que el pórtico con columnas HEB y arriostramientos mostró el mejor comportamiento, seguido por las columnas tubulares sin relleno. Las columnas tubulares con relleno de hormigón se ubicaron en tercer lugar en términos de desempeño. Se diseñaron y analizaron mediante el software Idea Statica las juntas sísmicas, donde el software ilustro la disipación de energía en zonas óptimas. Para el análisis económico, se realizó un estudio comparativo de costos centrado en el acero A572 Gr.50 de las cuales son armadas las columnas y el hormigón. Los resultados mostraron que el sistema más económico es el de las columnas tubulares rellenas de concreto, con un costo de $1,172,639.67, debido a un menor peso de acero y menor número de placas, en segundo lugar, se encontraron las columnas con secciones HEB, con un costo de $1,752,035.49, y finalmente, las columnas tubulares, con un valor de $2,253,024.43. En colusión el análisis demuestra que el diseño con columnas HEB y arriostramientos presenta el mejor desempeño sísmico, mientras que el sistema de columnas tubulares rellenas de hormigón ofrece una solución económicamente más viable para las características de este tipo de edificación.
Keywords
DISEÑO POR DESEMPEÑO, PUSHOVER, ANÁLISIS NO LINEAL, COSTOS ESTRUCTURA DE ACERO