Novas - Estrutura de aceiro: un sistema estrutural clave na enxeñaría moderna

Na arquitectura contemporánea, no transporte, na industria e na enxeñaría enerxética,estrutura de aceiro, coa súa dobre vantaxe tanto no material como na estrutura, converteuse nunha forza fundamental que impulsa a innovación na tecnoloxía da enxeñaría. Usando o aceiro como material portante principal, transcende as limitacións das estruturas tradicionais mediante a produción industrializada e a instalación modular, proporcionando solucións eficientes para unha ampla gama de proxectos complexos.

Vantaxes e desvantaxes da estrutura de aceiro - CHINA ROYAL STEEL

Definición e natureza da estrutura de aceiro
Unha estrutura de aceiro refírese a un sistema estrutural portante composto porplacas de aceiro, seccións de aceiro (Vigas en H, Canles U, aceiro angular, etc.) e tubos de aceiro, fixados mediante soldadura, parafusos de alta resistencia ou remaches. A súa esencia é aproveitar a alta resistencia e tenacidade do aceiro para transferir uniformemente as cargas verticais (peso morto e peso do equipo) e as cargas horizontais (vento e terremotos) dun edificio ou proxecto aos seus cimentos, garantindo a estabilidade estrutural. En comparación coas estruturas de formigón, a principal vantaxe das estruturas de aceiro reside nas súas propiedades mecánicas: a súa resistencia á tracción pode alcanzar máis de 345 MPa, máis de 10 veces a do formigón ordinario; e a súa excelente plasticidade permítelles deformarse baixo carga sen romperse, o que proporciona unha dobre garantía de seguridade estrutural. Esta característica fainas irremplazables en escenarios de grandes luces, rañaceos e cargas pesadas.

Principais tipos de estruturas de aceiro

(I) Clasificación por forma estrutural
Estrutura de porta de entrada: esta estrutura, composta por columnas e vigas, forma unha estrutura en forma de "porta de entrada", xunto cun sistema de soporte. É axeitada para plantas industriais, almacéns loxísticos, supermercados e outras estruturas. Os vanos habituais van de 15 a 30 metros, e algúns superan os 40 metros. Os compoñentes poden prefabricarse en fábricas, o que permite a instalación in situ en só 15 a 30 días. Por exemplo, os almacéns do Parque Loxístico Nº 1 de Asia de JD.com utilizan principalmente este tipo de estrutura.
Estrutura de celosía: esta estrutura consiste en varillas rectas conectadas por nós para formar unha xeometría triangular ou trapezoidal. As varillas están sometidas só a forzas axiais, aproveitando ao máximo a resistencia do aceiro. As estruturas de celosía úsanse habitualmente en cubertas de estadios e vans principais de pontes. Por exemplo, a renovación do Estadio dos Traballadores de Pequín empregou unha estrutura de celosía para conseguir un vano de 120 metros sen columnas.
Estruturas de estrutura: un sistema espacial formado por vigas e columnas conectadas rixidamente ofrece planos de planta flexibles e é a opción principal para edificios de oficinas e hoteis de gran altura.
Estruturas de malla: unha malla espacial composta por varios membros, a miúdo con nodos triangulares e cadrados regulares, ofrece unha forte integridade e unha excelente resistencia aos terremotos. Úsanse amplamente en terminais de aeroportos e centros de convencións.

(II) Clasificación por características de carga
Elementos de flexión: Representados por vigas, estes elementos soportan momentos de flexión, con compresión na parte superior e tensión na parte inferior. Adoitan empregar seccións en H ou seccións soldadas en forma de caixa, como as vigas de grúa nas plantas industriais, e deben cumprir os requisitos de resistencia á fatiga e á resistencia á tracción.
Elementos cargados axialmente: estes elementos están suxeitos só a tensión/compresión axial, como os tirantes de celosía e os elementos de grella. Os tirantes están deseñados para ser resistentes, mentres que as varillas de compresión requiren estabilidade. Normalmente úsanse tubos circulares ou seccións de aceiro angulares. Compoñentes cargados excentricamente: estes están sometidos tanto a forzas axiais como a momentos de flexión, como as columnas do marco. Debido á excentricidade da carga nos extremos da viga, requírense seccións transversais simétricas (como as columnas caixón) para equilibrar as forzas e as deformacións.

Vantaxes principais das estruturas de aceiro
(I) Excelentes propiedades mecánicas
A alta resistencia e o baixo peso son as vantaxes máis significativas das estruturas de aceiro. Para un vano determinado, o peso morto dunha viga de aceiro é só 1/3-1/5 do dunha viga de formigón. Por exemplo, unha celosía de aceiro de 30 metros de vano pesa aproximadamente 50 kg/m, mentres que unha viga de formigón pesa máis de 200 kg/m. Isto non só reduce os custos da cimentación (entre un 20 % e un 30 %), senón que tamén mitiga os efectos sísmicos, mellorando a seguridade sísmica da estrutura.
(II) Alta eficiencia na construción
Máis do 90 % dos compoñentes das estruturas de aceiro prefabrízanse en fábricas con precisión milimétrica. A instalación in situ só require izado e conexión. Por exemplo, un edificio de oficinas de aceiro de 10 andares só tarda entre 6 e 8 meses desde a produción dos compoñentes ata a súa finalización, o que supón unha redución do 40 % no tempo de construción en comparación cunha estrutura de formigón. Por exemplo, un proxecto residencial prefabricado de aceiro en Shenzhen alcanzou unha velocidade de construción de «un andar cada sete días», o que reduciu significativamente os custos da man de obra in situ.
(III) Forte resistencia e durabilidade aos terremotos
A tenacidade do aceiro permite que as estruturas de aceiro disipen enerxía mediante a deformación durante os terremotos. Por exemplo, durante o terremoto de Wenchuan de 2008, unha fábrica de estruturas de aceiro en Chengdu só sufriu unha deformación menor e ningún risco de colapso. Ademais, despois do tratamento anticorrosión (galvanización e revestimento), o aceiro pode ter unha vida útil de 50 a 100 anos, con custos de mantemento moito menores que os das estruturas de formigón.
(IV) Protección ambiental e sustentabilidade
As taxas de reciclaxe do aceiro superan o 90 %, o que permite que se volva fundir e procesar despois da demolición, eliminando a contaminación por residuos de construción. Ademais, a construción en aceiro non require encofrado nin mantemento, polo que require un traballo húmido mínimo na obra e reduce as emisións de po en máis dun 60 % en comparación coas estruturas de formigón, o que se aliña cos principios da construción ecolóxica. Por exemplo, despois do desmantelamento do estadio Ice Cube para os Xogos Olímpicos de Inverno de Pequín 2022, algúns compoñentes reutilizáronse noutros proxectos, conseguindo a reciclaxe de recursos.

Aplicación xeneralizada de estruturas de aceiro
(I) Construción
Edificios públicos: estadios, aeroportos, centros de convencións e exposicións, etc., dependen de estruturas de aceiro para lograr grandes vanos e deseños espazosos.
Edificios residenciais: As residencias prefabricadas con estrutura de aceiro son cada vez máis populares e poden satisfacer necesidades de vivenda personalizadas.
Edificios comerciais: edificios de oficinas e centros comerciais de gran altura que utilizan estruturas de aceiro para lograr deseños complexos e unha construción eficiente.
(II) Transporte
Enxeñaría de pontes: pontes transmarítimas e pontes ferroviarias. As pontes de aceiro ofrecen grandes vanos e unha forte resistencia ao vento e aos terremotos.
Tránsito ferroviario: marquesiñas de estacións de metro e vigas de vías de tren lixeiro.
(III) Industrial
Plantas industriais: plantas de maquinaria pesada e plantas metalúrxicas. As estruturas de aceiro poden soportar as cargas de equipos grandes e facilitar modificacións posteriores dos equipos.
Instalacións de almacenamento: almacéns de cadea de frío e centros loxísticos. As estruturas de pórtico cumpren cos requisitos de almacenamento de grandes envergaduras e son rápidas de construír e pór en servizo rapidamente.
(IV) Enerxía
Instalacións eléctricas: Edificios principais de centrais térmicas e torres de transmisión. As estruturas de aceiro son axeitadas para cargas elevadas e ambientes exteriores hostiles. Novas enerxías: As torres de aeroxeradores e os sistemas de montaxe fotovoltaicos contan con estruturas de aceiro lixeiras para facilitar o transporte e a instalación, o que apoia o desenvolvemento de enerxías limpas.