JUAN CARRION, PhD PE

SKIDMORE, OWINGS & MERRILL LLP


SUPEREDIFICIOS: La nueva generación

JUAN CARRION, PhD PE

Skidmore, Owings & Merrill LLP, SOMChicago, Estados Unidos



Trump Tower – Chicago

Willis Tower – Chicago

Pearl River Tower -

GuangzhouNanjing Greenland –

Nanjing

Burj Khalifa -

Dubai

Jin Mao Tower -

Shanghai

John Hancock Center -

Chicago

SOM: RASCACIELOS


SOM: ESTRUCTURAS ESPECIALES

Pritzker Pavilion -

Chicago Guggenheim Museum - Bilbao

Gerry Sculpture -

Barcelona

Raspberry Island - Schubert Club Band Shell –

St. Paul

General Motors Renaissance Center - Detroit


SOM: SITIOS COMPLEJOS

Memorial Sloan-

Kettering Research

Center – New York

201 Bishopsgate and The

Broadgate Tower - London

Ninth Avenue – New

YorkNinth Avenue – Site

201 Bishopsgate and The

Broadgate Tower - Site

Memorial Sloan-

Kettering Research

Center – Site


SUPER EDIFICIOS

CTBUH define como Super altos “supertall” los edificios sobre los 300 meters

(984 feet) de altura y Mega altos “megatall” a los edificos sobre 600 meters

(1,968 feet) de altura.


El edificio más alto del

mundo

1909 vs 2016


Existen muchas propuestas para rascacielos, sin embargo, pocas se llegan a realizar


Demasiado complicados

Muchos edificios altos y superaltos son concebidos sin el adecuado rigor funcional y estructural y son excesivamente complejos y prohibitivos.

Muy difíciles de construir

Los retos asociados con la construcción de edificios altos y superaltos requieren especial consideración. Proyectos que no son concebidos con

métodos prácticos de construcción generalmente no llegan a ser construidos.

Demasiado lentos

Sistemas excesivamente complejos resultan en retrasos en la construcción. La construcción de edificios altos y superaltos requiere diseños que

puedan ser construidos de forma rápida y eficiente.

Uso ineficiente de los materiales estructurales

Sistemas estructurales que no responden a las fuerzas principales que gobiernan el diseño de edificios altos y superaltos resultan en sistemas

ineficientes, costosos e inapropiados. Soluciones estructurales mediante “fuerza bruta” resultan en desperdicio de espacios, materiales,

tiempo y dinero.

RAZONES


•Limitaciones en escalamiento

•Limitaciones en el espacio interior útil

•Limitaciones en la distancia al suelo

•Limitaciones en la capacidad de mercado

LIMITACIONES EN EL TAMAÑO DE EDIFICIOS SUPERALTOS


Los edificios super altos no son prácticos

ni eficientes si son versiones escaladas de

edificios más pequeños.

Los edificios super altos requieren nuevas

topologías y sistemas

LIMITACIONES EN ESCALAMIENTO


LIMITACIONES EN EL ESPACIO INTERIOR UTIL

Espacios interiores profundos y lejos de las ventanas perimetrales son de limitado valor práctico.

Las versiones escaladas de otros edificios resultan en proporciones grandes de espacio interior inusable.


600m

800m

1,000m

1,600m (1 mile)

Occupied to 450 – 500m

Occupied to 600m – 650m

Occupied to 600m – 750m

Partially Occupied to 800-1000m

El transporte vertical por elevadores y los servicios a las zonas ocupadas se

complican con la altura.

Tamaños mínimos de la planta limitan la ubicación de los pisos ocupados más

altos.

Los problemas de servicios son reducidos mediante el uso de formas con

sección variable (más angostas en la parte alta), las cuales reducen el nivel de

ocupación en los pisos más altos.

LIMITACIONES EN LA DISTANCIA AL SUELO


600m

800m

1,000m

1,600m (1 mile)LIMITACIONES EN LA CAPACIDAD DE MERCADO

A medida que los edificios super altos alcanzan una cierta altura, el área

contenida puede exeder las limitaciones del mercado.

Las zonas de ocupación también puede llegar a exceder el límite de lo que se

puede servir a través del nucleo central.

Alcanzar alturas extremas puede requerir en ciertos casos que los edificios

sean diseñados para estar parcilamente ocupados.

GFA: 180,000m3 –220,000m3

GFA: 280,000m3 –340,000m3

GFA: 300,000m3 –360,000m3

GFA: 350,000m3 –1,000,000m3

(partially occupied)


Los edificios que llegan a ser construidos son:

RacionalesEl diseño racional de ingeniería informa a la forma arquitectónica desde el comienzo del proceso de diseño. La forma del edificio y el sistema estructural reflejan los principios físicos que gobiernan el comportamiento de edificios altos

ApropiadosLa relación entre arquitectura y estructura está adaptada a las demandas especiales de construir super alto. El sistema estructural no es ni secundario o inferior a la forma del edificio, ni dominante o desagradable a la vista.

RápidosLas soluciones estructurales y arquitectónicas toman en cuenta la constructibilidad, velocidad de construcción y el costo. Ingenieros de SOM preveen problemas técnicos y de construcción pronto, por lo tanto eliminando iteraciones de rediseño y problemas constructivos.

EficientesLos diseños estructurales de SOM son optimizados para las demandas únicas de edificios altos, maximizando la resistencia y rigidez y minimizando las cantidades de la estructura. Métodos de análisis con tecnología de punta aseguran que cada parte de la estructura es tan eficiente como sea posible. Por lo tanto, costos son reducidos.

ElegantesIngeniería de SOM considera que soluciones de ingeniería que son a la vez racionales, apropiadas, prácticas y eficientes son naturalmente elegantes. Un diseño elegante revela su lógica interna y será atractivo en su propia forma.

Ajustan a las condiciones del sitioLos edificios se ajustan de forma inteligente y apropiada a las condiciones particulares del sitio.

SOM INGENIERÍA DE RASCACIELOS


RacionalEl diseño de ingeniería toma en cuanta y refleja los principios físicos que gobiernan el comportamiento de edificios altos

La forma del edificio sigue los diagramas de fuerzas de

gravedad y momentos desestabilizantes de viento

Diagrama de momentos desestabilizantes de viento

Diagrama de cargasverticales

Forma potencial de edificio alto


Forma ApropiadaFormas apropiadas de edificios altos son conseguidas seleccionando la forma que maximiza la rigidez y

variando la forma, estrechez, y tratamientos superficiales para de esta manera reducir los efectos del viento

que produzcan vibraciones.


Rápido

Las soluciones estructurales y arquitectónicas toman en cuenta la constructibilidad, velocidad de construcción

y el costo. Ingenieros de SOM preveen problemas técnicos y de construcción pronto, por lo tanto eliminando

iteraciones de rediseño y problemas constructivos.

Sistema de encofrado trepante permiteconstrucción rápida y de costo eficiente


Burj Khalifa – 160+ Stories


Eficiencia de la forma del sistema estructural

Sistemas para edificios altos160+ STORIES

Eficiente


EleganteIngenieros en SOM consideran que soluciones de ingeniería que son a la vez racionales, apropiadas, prácticas y eficientes, son

naturalmente elegantes. Un diseño elegante revela su lógica interna y será atractivo en su propia forma.

Diseños por SOM de edificios super altos:


Se ajustan a las condiciones del sitioLas diferentes condiciones de sitio requieren diferentes tipos de soluciones

tanto arquitectónicas como estructurales


Edificios diseñados por SOM


Jeddah Tower1000 m

(Construccion)

Burj Khalifa828 m

Empire State Bldg434 m

Eiffel Tower324 m

… ?

CUAL ES EL SIGUIENTE?


35 HUDSON YARDS MANHATTAN WEST

HUDSON YARDS AND MANHATTAN WEST

New York City, New York


HUDSON YARDS AND MANHATTAN WESTNew York City, New York


MWHY



BROADGATE EXCHANGE HOUSE – TERMINADO EN 1990

EXPERIENCIA SOBRE RIELES


201 BISHOPSGATE & BROADGATE TOWER – TERMINADO EN 2009

EXPERIENCIA SOBRE RIELES


PROYECTO HUDSON YARDS


35 HUDSON YARDS

Altura de la torre es de 1010 pies (308 metros) sobre la Planta Baja (Lobby).

La torre tiene 72 pisos y está destinada para uso múltiple.

Está construida enteramente sobre las rieles de tren.


EQUINOX

OFFICE

EQUINOX HOTEL

RESIDENTIAL

1010’-0”

RETAIL

PROGRAMA ARQUITECTONICO


EQUINOX

OFFICE

EQUINOX HOTEL

RESIDENTIAL

1010’-0”

RETAIL

HEALTH

CLUB/RETAIL

OFFICE

HOTEL

RESIDENTI

AL

Concrete

Belt Walls

Concrete Buttress

Wall

Concrete

Column/

Concrete Flat

Plate

Concrete Core

Wall

Concrete

Column/

Concrete Flat

Plate

Concrete Belt

Walls

Concrete

Column/

Concrete Flat

Plate

PROGRAMA ARQUITECTONICO SISTEMA ESTRUCTURAL


SISTEMA DE MUROS DE CONCRETO REFORZADO(NUCLEO CENTRAL + MUROS CINTURON + CONTRAFUERTES)

COLUMNASDE CONCRETO REFORZADO

LOSAS DE CONCRETO REFORZADO SISTEM ESTRUCTURALCOMPLETO

COMPONENTES DEL SISTEMA ESTRUCTURAL


MATERIALES

ConcretoMuros estructurales: f’c =10,000 psi - 14,000 psiColumnas: f’c =10,000 psi - 14,000 psiLosas y vigas: f’c = 7,200 psi – 10,000 psiLosas sobre placa de acero: f’c = 5,000 psi

Acero de RefuerzoASTM A615, ASTM A706 (Weldable Rebar)BARRAS #3‐#11 Gr 60BARRAS #14‐#20 Gr 80

Acero EstructuralPerfiles laminados ASTM A992 Gr. 50Placas ASTM A572 Gr. 50Elementos embedidos en concreto Gr. 65

SISTEMA ESTRUCTURAL


Tower base supported by platform structure

PLATAFORMAESTRUCTURAL

NIVEL DE LAS RIELES

NIVEL DE PLANTA BAJA

BASE DE LA ESTRUCTURA




SISTEMA DE MUROS DE LA TORRE (NUCLEO CENTRAL Y CONTRAFUERTES)


COLUMNA CABEZA DE MARTILLO (Hammerhead Column)

COLUMNAS DE LA TORRE



PILAS(CAISSONS)


MUROS DE NUCLEO CENTRAL

(CORE WALLS)

COLUMNA CABEZA DE MARTILLO(HAMMERHEAD COLUMN)

COLUMNA CABEZA DE MARTILLO (HAMMERHEAD COLUMN)

ACERO ESTRUCTURAL EMBEBIDO(EMBEDDED STEEL CORE)


Mod0 1: X-Y Traslacion Modo 2: Y-X Traslacion Mode 3: Torsion

MODOS DE VIBRACION


TUNEL DE VIENTO


AMORTIGUADOR DE MASA SINTONIZADO (TDM)


CONSTRUCCION – ELEMENTOS DE ACERO ESTRUCTURAL A SER EMBEBIDOS EN CONCRETO



MANHATTAN WEST: NORTH TOWER

Cliente:

Brookfield Office Properties

Fase:

Construcción (Fecha de terminación 2017)

Altura

1034 pies (315 metros)

Numero de Pisos

72 Pisos

Area

2,000,000 ft2 (186,000 m2)

Uso

Comercial - Oficinas


PROYECTO MANHATTAN WEST


UBICACION


UBICACION

NE TOWER


PUENTE PLATAFORMA


PUENTE PLATAFORMA


SITIO DE LA TORRE NORTE


RESTRICCIONES DEL SITIO


RESTRICCIONES DEL SITIO


REGULAR

ZONE

CRITICAL

ZONE

TRACKS BELOW BOX GIRDERS

TRACK BOX GIRDERS

RESTRICCIONES DEL SITIO - FLUJO DE FUERZAS


RESTRICCIONES DEL SITIO - FLUJO DE FUERZAS


LOBBY LIBRE DE COLUMNAS




NUCLEO CENTRAL DE CONCRETOREFORZADO

SISTEMA DE ACERO ESTRUCTURAL PERIMETRAL

SISTEMA DE PISO DE ACEROESTRUCTURAL Y PLACA

COLABORANTE

SISTEM ESTRUCTURAL COMPLETO

SISTEMA ESTRUCTURAL


MATERIALES

ConcretoCimentaciones f`c = 8,000 psiMuros estructurales: f’c =6,000 psi - 10,000 psiLosas y vigas: f’c = 5,000 psiLosas sobre placa de acero: f’c = 4,000 psi

Acero de RefuerzoASTM A615, ASTM A706 (Weldable Rebar)BARRAS #3‐#8 Gr 60BARRAS #9‐#11 Gr 80

Acero EstructuralPerfiles laminados ASTM A992 Gr. 50Placas para perfiles armados ASTM A572 Gr. 50W14 Columnas ASTM A913 Gr. 70W12, W24, W30, W36 Columnas ASTM A992 Gr. 50Placas para Conexiones ASTM A572 Gr. 50

Anclajes (Tie-Downs)Threaded Bars (Multiple corrosion protection) ASTM A722 Fu=150ksi

SISTEMA ESTRUCTURAL


PLANTA TIPICA


DISEÑO ESTRUCTURAL DE “KICKERS”


DISEÑO Y DETALLAMIENTO DE “KICKERS”


ANALISIS MEDIANTE ELEMENTOS FINITOS


ANALISIS MEDIANTE ELEMENTOS FINITOS – ZONA CRITICA Y CIMENTACIONES

MODELO 3D FUERZAS EN LOS ANCLAJES

PRESIONES EN LA ROCA


CONSTRUCCION - SITIO


CONSTRUCCION - SITIO


CONSTRUCCION - CIMENTACIONES


CONSTRUCCION – ACERO A SER EMBEBIDO EN NUCLEO DE CONCRETO


CONSTRUCCION – “KICKERS”







PROYECTO MANHATTAN WEST


Documents

JUAN CARRION, PhD PE