Noticias - Estructura de acero: un sistema estructural clave en la ingeniería moderna

En la arquitectura contemporánea, el transporte, la industria y la ingeniería energética,estructura de aceroCon sus ventajas tanto en material como en estructura, se ha convertido en un motor clave de la innovación en ingeniería. Al utilizar el acero como material portante principal, supera las limitaciones de las estructuras tradicionales mediante la producción industrializada y la instalación modular, ofreciendo soluciones eficientes para una amplia gama de proyectos complejos.

Ventajas y desventajas de la estructura de acero - CHINA ROYAL STEEL

Definición y naturaleza de la estructura de acero
La estructura de acero se refiere a un sistema estructural portante compuesto porplacas de acero, perfiles de acero (Vigas H, Canales U, ángulo de acero, etc.) y tuberías de acero, fijadas mediante soldadura, pernos de alta resistencia o remaches. Su objetivo principal es aprovechar la alta resistencia y tenacidad del acero para transferir uniformemente las cargas verticales (peso muerto y peso de los equipos) y horizontales (viento y terremotos) desde un edificio o proyecto hasta su cimentación, garantizando así la estabilidad estructural. En comparación con las estructuras de hormigón, la principal ventaja de las estructuras de acero reside en sus propiedades mecánicas: su resistencia a la tracción puede superar los 345 MPa, más de 10 veces la del hormigón convencional; y su excelente plasticidad les permite deformarse bajo carga sin romperse, lo que ofrece una doble garantía de seguridad estructural. Esta característica las hace irremplazables en estructuras de gran envergadura, gran altura y cargas pesadas.

Principales tipos de estructuras de acero

(I) Clasificación por forma estructural
Estructura de Puerta de Entrada: Esta estructura, compuesta por columnas y vigas, forma un armazón con forma de "puerta de entrada", acoplado a un sistema de soporte. Es adecuada para plantas industriales, almacenes logísticos, supermercados y otras estructuras. Las luces comunes varían de 15 a 30 metros, y algunas superan los 40 metros. Los componentes se pueden prefabricar en fábrica, lo que permite su instalación in situ en tan solo 15 a 30 días. Por ejemplo, los almacenes del Parque Logístico n.º 1 de JD.com en Asia utilizan principalmente este tipo de estructura.
Estructura de celosía: Esta estructura consta de varillas rectas conectadas por nodos para formar una geometría triangular o trapezoidal. Las varillas están sometidas únicamente a fuerzas axiales, aprovechando al máximo la resistencia del acero. Las estructuras de celosía se utilizan comúnmente en cubiertas de estadios y vanos principales de puentes. Por ejemplo, en la renovación del Estadio de los Trabajadores de Pekín se empleó una estructura de celosía para lograr una luz libre de columnas de 120 metros.
Estructuras de marco: un sistema espacial formado por vigas y columnas conectadas rígidamente ofrece planos de planta flexibles y es la opción principal para edificios de oficinas y hoteles de gran altura.
Estructuras de cuadrícula: Una cuadrícula espacial compuesta por múltiples elementos, a menudo con nodos triangulares y cuadrados regulares, ofrece una sólida integridad y una excelente resistencia sísmica. Se utilizan ampliamente en terminales de aeropuertos y centros de convenciones.

(II) Clasificación por características de carga
Elementos de flexión: Representados por vigas, estos elementos soportan momentos flectores, con compresión en la parte superior y tracción en la inferior. Suelen utilizar perfiles en H o perfiles cajón soldados, como las vigas de grúas en plantas industriales, y deben cumplir requisitos de resistencia tanto a la fuerza como a la fatiga.
Elementos con carga axial: Estos elementos están sujetos únicamente a tensión/compresión axial, como los tirantes de cerchas y los elementos de la retícula. Los tirantes están diseñados para ofrecer resistencia, mientras que las barras de compresión requieren estabilidad. Se suelen utilizar tubos circulares o perfiles angulares de acero. Componentes con carga excéntrica: Estos están sujetos tanto a fuerzas axiales como a momentos flectores, como las columnas de pórticos. Debido a la excentricidad de la carga en los extremos de las vigas, se requieren secciones transversales simétricas (como las columnas cajón) para equilibrar las fuerzas y las deformaciones.

Principales ventajas de las estructuras de acero
(I) Excelentes propiedades mecánicas
La alta resistencia y el bajo peso son las ventajas más significativas de las estructuras de acero. Para una luz dada, el peso propio de una viga de acero es solo entre un tercio y un quinto del de una viga de hormigón. Por ejemplo, una cercha de acero de 30 metros de luz pesa aproximadamente 50 kg/m, mientras que una viga de hormigón pesa más de 200 kg/m. Esto no solo reduce los costos de cimentación (entre un 20 % y un 30 %), sino que también mitiga los efectos sísmicos, mejorando la seguridad sísmica de la estructura.
(II) Alta eficiencia en la construcción
Más del 90% de los componentes de estructuras de acero se prefabrican en fábricas con precisión milimétrica. La instalación in situ solo requiere izado y conexión. Por ejemplo, un edificio de oficinas de acero de 10 plantas tarda solo entre 6 y 8 meses desde la producción de los componentes hasta su finalización, lo que supone una reducción del 40% en el tiempo de construcción en comparación con una estructura de hormigón. Por ejemplo, un proyecto residencial de acero prefabricado en Shenzhen logró una velocidad de construcción de "una planta cada siete días", lo que redujo significativamente los costes de mano de obra in situ.
(III) Fuerte resistencia a terremotos y durabilidad
La tenacidad del acero permite que las estructuras de acero disipen energía mediante la deformación durante los terremotos. Por ejemplo, durante el terremoto de Wenchuan de 2008, una fábrica de estructuras de acero en Chengdu sufrió solo una deformación leve y ningún riesgo de colapso. Además, tras el tratamiento anticorrosivo (galvanizado y recubrimiento), el acero puede tener una vida útil de 50 a 100 años, con costos de mantenimiento mucho menores que los de las estructuras de hormigón.
(IV) Protección del medio ambiente y sostenibilidad
Las tasas de reciclaje de acero superan el 90%, lo que permite su refundición y procesamiento tras la demolición, eliminando así la contaminación por residuos de construcción. Además, la construcción en acero no requiere encofrado ni mantenimiento, lo que minimiza el trabajo en húmedo en obra y reduce las emisiones de polvo en más del 60% en comparación con las estructuras de hormigón, en consonancia con los principios de la construcción sostenible. Por ejemplo, tras el desmantelamiento del recinto Ice Cube para los Juegos Olímpicos de Invierno de Pekín 2022, algunos componentes se reutilizaron en otros proyectos, logrando así el reciclaje de recursos.

Aplicación generalizada de estructuras de acero
(I) Construcción
Edificios públicos: Estadios, aeropuertos, centros de convenciones y exposiciones, etc., dependen de estructuras de acero para lograr grandes luces y diseños espaciosos.
Edificios residenciales: Las residencias prefabricadas con estructura de acero son cada vez más populares y pueden satisfacer requisitos de vivienda personalizados.
Edificios comerciales: edificios de oficinas y centros comerciales de gran altura, que utilizan estructuras de acero para lograr diseños complejos y una construcción eficiente.
(II) Transporte
Ingeniería de puentes: Puentes sobre el mar y puentes ferroviarios. Los puentes de acero ofrecen grandes luces y una gran resistencia al viento y a los terremotos.
Tránsito ferroviario: marquesinas de estaciones de metro y vigas de vías de tren ligero.
(III) Industrial
Plantas industriales: Plantas de maquinaria pesada y plantas metalúrgicas. Las estructuras de acero soportan la carga de equipos de gran tamaño y facilitan su posterior modificación.
Instalaciones de almacenamiento: Almacenes de cadena de frío y centros logísticos. Las estructuras de pórtico satisfacen las necesidades de almacenamiento de gran envergadura y son rápidas de construir y poner en servicio.
(IV) Energía
Instalaciones eléctricas: Edificios principales de centrales térmicas y torres de transmisión. Las estructuras de acero son aptas para cargas elevadas y entornos exteriores hostiles. Nuevas energías: Las torres de aerogeneradores y los sistemas de montaje fotovoltaicos cuentan con estructuras de acero ligeras que facilitan su transporte e instalación, lo que impulsa el desarrollo de energías limpias.