Optimización topológica en fachadas de edificios de gran altura bajo múltiples cargas
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Date
2022
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Abstract
Los sistemas estructurales en edificios de gran altura están fuertemente influenciados por las cargas laterales, típicamente viento y sismos. Durante la presente investigación será estudiado el desempeño estructural bajo la influencia del primero de estos casos. Además, se explorará el uso de la optimización topológica basada en la densidad con la finalidad de obtener diseños óptimos, los cuales pueden ser interpretados como un sistema estructural eficiente en su desempeño bajo ciertas restricciones. En este contexto, el objetivo principal de la investigación es comprobar que la incorporación de la optimización estructural, en específico, la topológica, puede verificar las guías clásicas de estructuración para edificios de gran altura. Al mismo tiempo, se espera expandir el abanico conocido de diseños estructurales que resisten eficientemente las cargas laterales. Esto se logra buscando la mejor forma de distribuir espacialmente una determinada y limitada cantidad de material disponible. Para hacerlo, en primer lugar, se implementan computacionalmente herramientas numéricas de análisis estructural en base a teoría de elementos finitos, para las cuales se modelan y calculan ejemplos, los que se comparan con los resultados teóricos para verificar su correcto funcionamiento. Posteriormente, se programa la optimización topológica, considerando simetría y repetición de patrones. La simetría y la repetición de patrones son restricciones de manufactura usualmente necesarias para que los diseños sean prácticos y aplicables a las obras de ingeniería. Una vez implementadas ambas herramientas de análisis, se modela y analizan ejemplos de edificios, para finalmente generar conclusiones en base a los resultados obtenidos.
En particular, la presente tesis valida la hipótesis planteada y se generan recomendaciones de diseño para edificios de gran altura sujetos a cargas de viento. La cuantificación realizada en esta investigación posibilitará la evaluación de estructuras óptimas desde un punto de vista de costo y desempeño.
Description
Tesis (Magíster en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2022
Keywords
Optimización topológica, Optimización estructural, Edificios altos, Rascacielos, Viento