Notícies - Estructura d'acer: un sistema estructural clau en l'enginyeria moderna

En l'arquitectura contemporània, el transport, la indústria i l'enginyeria energètica,estructura d'acer, amb els seus dobles avantatges tant en material com en estructura, s'ha convertit en una força fonamental que impulsa la innovació en tecnologia d'enginyeria. Utilitzant l'acer com a material principal de càrrega, transcendeix les limitacions de les estructures tradicionals mitjançant la producció industrialitzada i la instal·lació modular, proporcionant solucions eficients per a una àmplia gamma de projectes complexos.

Avantatges i desavantatges de l'estructura d'acer - CHINA ROYAL STEEL

Definició i naturalesa de l'estructura d'acer
L'estructura d'acer fa referència a un sistema estructural portant compost perplaques d'acer, seccions d'acer (Bigues en H, Canals U, acer angular, etc.), i canonades d'acer, fixades mitjançant soldadura, cargols d'alta resistència o reblons. La seva essència és aprofitar l'alta resistència i tenacitat de l'acer per transferir uniformement les càrregues verticals (pes mort i pes de l'equip) i les càrregues horitzontals (vent i terratrèmols) d'un edifici o projecte a la seva fonamentació, garantint l'estabilitat estructural. En comparació amb les estructures de formigó, l'avantatge principal de les estructures d'acer rau en les seves propietats mecàniques: la seva resistència a la tracció pot arribar a superar els 345 MPa, més de 10 vegades la del formigó ordinari; i la seva excel·lent plasticitat els permet deformar-se sota càrrega sense trencar-se, proporcionant una doble garantia de seguretat estructural. Aquesta característica les fa irreemplaçables en escenaris de grans llums, gratacels i càrregues pesades.

Principals tipus d'estructures d'acer

(I) Classificació per forma estructural
Estructura de porta d'entrada: Aquesta estructura, composta per columnes i bigues, forma una estructura en forma de "porta d'entrada", juntament amb un sistema de suport. És adequada per a plantes industrials, magatzems logístics, supermercats i altres estructures. Les llums habituals oscil·len entre els 15 i els 30 metres, i algunes superen els 40 metres. Els components es poden prefabricar a les fàbriques, cosa que permet la instal·lació in situ en només 15 a 30 dies. Per exemple, els magatzems del parc logístic número 1 d'Àsia de JD.com utilitzen principalment aquest tipus d'estructura.
Estructura de gelosia: Aquesta estructura consisteix en barres rectes connectades per nodes per formar una geometria triangular o trapezoïdal. Les barres estan sotmeses només a forces axials, aprofitant al màxim la resistència de l'acer. Les estructures de gelosia s'utilitzen habitualment en cobertes d'estadis i trams principals de ponts. Per exemple, la renovació de l'Estadi dels Treballadors de Pequín va emprar una estructura de gelosia per aconseguir una llum sense columnes de 120 metres.
Estructures de marc: Un sistema espacial format per bigues i columnes connectades rígidament ofereix plànols de planta flexibles i és l'opció principal per a edificis d'oficines i hotels de gran alçada.
Estructures de quadrícula: Una quadrícula espacial composta per múltiples membres, sovint amb nodes triangulars i quadrats regulars, ofereix una forta integritat i una excel·lent resistència als terratrèmols. S'utilitzen àmpliament en terminals d'aeroports i centres de convencions.

(II) Classificació per característiques de càrrega
Elements de flexió: Representats per bigues, aquests elements suporten moments de flexió, amb compressió a la part superior i tensió a la part inferior. Sovint utilitzen seccions en H o seccions de caixa soldades, com ara bigues de grua en plantes industrials, i han de complir els requisits de resistència tant a la resistència com a la fatiga.
Elements carregats axialment: aquests elements només estan subjectes a tensió/compressió axial, com ara els tirants de gelosia i els elements de la malla. Els tirants estan dissenyats per a la resistència, mentre que les varetes de compressió requereixen estabilitat. Normalment s'utilitzen tubs circulars o seccions d'acer angular. Components carregats excèntricament: aquests estan sotmesos tant a forces axials com a moments de flexió, com ara les columnes del marc. A causa de l'excentricitat de la càrrega als extrems de la biga, es necessiten seccions transversals simètriques (com ara les columnes de caixa) per equilibrar les forces i les deformacions.

Avantatges principals de les estructures d'acer
(I) Excel·lents propietats mecàniques
L'alta resistència i el baix pes són els avantatges més significatius de les estructures d'acer. Per a una llum determinada, el pes mort d'una biga d'acer és només d'1/3 a 1/5 del d'una biga de formigó. Per exemple, una gelosia d'acer de 30 metres de llum pesa aproximadament 50 kg/m, mentre que una biga de formigó pesa més de 200 kg/m. Això no només redueix els costos de fonamentació (entre un 20% i un 30%), sinó que també mitiga els efectes sísmics, millorant la seguretat sísmica de l'estructura.
(II) Alta eficiència constructiva
Més del 90% dels components d'estructures d'acer es prefabriquen en fàbriques amb una precisió mil·limètrica. La instal·lació in situ només requereix hissament i connexió. Per exemple, un edifici d'oficines d'acer de 10 pisos només triga entre 6 i 8 mesos des de la producció dels components fins a la seva finalització, cosa que suposa una reducció del 40% en el temps de construcció en comparació amb una estructura de formigó. Per exemple, un projecte residencial prefabricat d'acer a Shenzhen va aconseguir una velocitat de construcció d'"una planta cada set dies", cosa que va reduir significativament els costos de mà d'obra in situ.
(III) Forta resistència i durabilitat als terratrèmols
La tenacitat de l'acer permet que les estructures d'acer dissipin energia a través de la deformació durant els terratrèmols. Per exemple, durant el terratrèmol de Wenchuan del 2008, una fàbrica d'estructures d'acer a Chengdu només va patir una deformació menor i cap risc de col·lapse. A més, després del tractament anticorrosió (galvanització i recobriment), l'acer pot tenir una vida útil de 50 a 100 anys, amb costos de manteniment molt inferiors als de les estructures de formigó.
(IV) Protecció del medi ambient i sostenibilitat
Les taxes de reciclatge de l'acer superen el 90%, cosa que permet que es torni a fondre i processar després de la demolició, eliminant la contaminació per residus de la construcció. A més, la construcció d'acer no requereix encofrats ni manteniment, cosa que requereix un treball humit mínim in situ i redueix les emissions de pols en més d'un 60% en comparació amb les estructures de formigó, d'acord amb els principis de la construcció verda. Per exemple, després del desmantellament de la seu de l'Ice Cube per als Jocs Olímpics d'hivern de Pequín 2022, alguns components es van reutilitzar en altres projectes, aconseguint el reciclatge de recursos.

Aplicació generalitzada d'estructures d'acer
(I) Construcció
Edificis públics: estadis, aeroports, centres de convencions i exposicions, etc., depenen d'estructures d'acer per aconseguir grans llums i dissenys espaiosos.
Edificis residencials: Les residències prefabricades amb estructura d'acer són cada cop més populars i poden satisfer les necessitats d'habitatge personalitzades.
Edificis comercials: edificis d'oficines de gran alçada i centres comercials, que utilitzen estructures d'acer per aconseguir dissenys complexos i una construcció eficient.
(II) Transport
Enginyeria de ponts: Ponts transoceànics i ponts ferroviaris. Els ponts d'acer ofereixen grans llums i una forta resistència al vent i als terratrèmols.
Trànsit ferroviari: marquesines d'estacions de metro i bigues de via de tren lleuger.
(III) Industrial
Plantes industrials: plantes de maquinària pesada i plantes metal·lúrgiques. Les estructures d'acer poden suportar les càrregues de grans equips i facilitar modificacions posteriors dels equips.
Instal·lacions d'emmagatzematge: Magatzems de cadena de fred i centres logístics. Les estructures de pòrtic satisfan els requisits d'emmagatzematge de grans dimensions i són ràpides de construir i posar en marxa ràpidament.
(IV) Energia
Instal·lacions elèctriques: Edificis principals de centrals tèrmiques i torres de transmissió. Les estructures d'acer són adequades per a càrregues elevades i entorns exteriors durs. Noves energies: Les torres d'aerogeneradors i els sistemes de muntatge fotovoltaics presenten estructures d'acer lleugeres per facilitar el transport i la instal·lació, cosa que afavoreix el desenvolupament d'energies netes.