1 Ventajas de las estructuras de acero
En general, las características de los materiales son el punto de partida para lanzar nuevas formas constructivas. Las estructuras de acero están hechas de placas de acero, perfiles laminados en caliente o perfiles de paredes delgadas conformados en frío. En comparación con las estructuras fabricadas con otros materiales, las estructuras de acero tienen las siguientes características.
1.1 El material tiene alta resistencia, buena plasticidad y tenacidad. En comparación con otros materiales de construcción como el hormigón, la mampostería y la madera, el acero tiene una resistencia mucho mayor. Por tanto, es especialmente adecuado para componentes y estructuras de grandes luces o grandes cargas. El acero también tiene las características de buena plasticidad y tenacidad. Con buena plasticidad, la estructura no se romperá repentinamente debido a una sobrecarga en condiciones normales; con buena tenacidad, la estructura tiene una gran adaptabilidad a cargas dinámicas. La buena capacidad de absorción de energía y la ductilidad también otorgan a las estructuras de acero un rendimiento sísmico superior. Por otro lado, debido a la alta resistencia del acero, los componentes fabricados tienen secciones transversales pequeñas y paredes delgadas que deben cumplir con requisitos de estabilidad cuando están bajo presión y, a veces, la resistencia no se puede ejercer por completo.
1.2 El material es uniforme y consistente con los supuestos de los cálculos mecánicos. La estructura interna del acero es relativamente homogénea e isotrópica, y es casi completamente elástica dentro de un cierto rango de tensiones. Por lo tanto, las condiciones de tensión reales de la estructura de acero son consistentes con los resultados del cálculo de ingeniería mecánica. La calidad del acero se puede controlar estrictamente durante el proceso de fundición y laminación, y el rango de fluctuaciones del material es pequeño.
1.3 Las estructuras de acero son fáciles de fabricar y el período de construcción es corto. Los materiales utilizados en las estructuras de acero son simples y están listos para procesar y, por lo tanto, pueden operarse mecánicamente. Varias estructuras de acero generalmente se fabrican en fábricas especializadas en estructuras metálicas y se convierten en componentes con alta precisión. Los componentes se ensamblan en el sitio de construcción utilizando pernos comunes y pernos de alta resistencia que son fáciles de instalar. A veces también se pueden ensamblar y soldar en el suelo en unidades más grandes y luego izarlos para acortar el período de construcción. Además, es más fácil reconstruir y reforzar las estructuras de acero existentes, y las estructuras atornilladas se pueden demoler según sea necesario.
1.4 El peso ligero de las estructuras de acero Aunque la densidad del acero es mayor que la del hormigón y otros materiales de construcción, las estructuras de acero son más ligeras que las de hormigón armado porque la relación entre resistencia y densidad del acero es mucho mayor. que el del hormigón. Con la misma luz y la misma carga, el peso de la armadura de techo de acero no es más de 1/3 a 1/4 de la armadura de techo de hormigón armado, y la armadura de techo de acero de paredes delgadas conformada en frío está incluso cerca de 1 /10, proporcionando condiciones convenientes para la elevación. El peso ligero también es una ventaja importante para las estructuras que deben transportarse a largas distancias, como los proyectos construidos en zonas montañosas y remotas con transporte deficiente.
Por supuesto, ningún material es perfecto. La resistencia a la corrosión y al fuego del acero son relativamente deficientes, y el costo de proteger la estructura es mayor que el de las estructuras de hormigón armado. Sin embargo, en general, en fábricas sin medios corrosivos, el problema de corrosión no es grave si los componentes han sido completamente desoxidados y pintados con pintura calificada. En los últimos años, los materiales de acero resistentes a la corrosión atmosférica tienen buena resistencia a la oxidación y se han ido promoviendo y aplicando gradualmente, logrando buenos resultados. Cuando el acero se somete a calor radiante de 100°C durante un tiempo prolongado, su resistencia no cambia mucho y tiene cierta resistencia al calor. Sin embargo, cuando la temperatura supera los 150°C, debe protegerse con una capa de aislamiento térmico. El acero no es resistente al fuego y se deben tomar medidas de prevención de incendios en estructuras importantes. Por ejemplo, utilice paneles de vermiculita, revestimiento en aerosol de vermiculita o paneles de yeso para protección.
2 Características de las residencias con estructura de acero
En comparación con las estructuras tradicionales, las residencias con estructura de acero tienen ventajas en términos de función de uso, diseño, construcción y economía integral, que se reflejan principalmente en lo siguiente aspectos.
2.1 Ciclo corto de diseño y fabricación, diseño y producción integrados El diseño estructural moderno se basa en computadoras y software de análisis estructural profesional, lo que acorta en gran medida el ciclo de diseño y hace que las modificaciones y ajustes en el diseño sean muy convenientes. Al mismo tiempo, debido a que la estructura de acero tiene las características de prefabricación de fábrica e instalación en el sitio, es posible combinar el diseño inicial con los métodos de producción existentes, mediante la combinación de computadoras en red y máquinas herramienta CNC, de modo que después de la Los diseñadores completan el diseño en el estudio, la línea de producción de la fábrica completa la producción del producto con una eficiencia y precisión extremadamente altas, lo que puede reducir en gran medida el ciclo de construcción del proyecto.
2.2 Capaz de organizar racionalmente los intervalos funcionales En los edificios residenciales, los arquitectos y residentes siempre han esperado tener espacios de gran envergadura sin estructuras verticales, de modo que puedan dividirse de manera flexible según las necesidades, haciendo que el diseño interior sea diverso. . cambiar. Las casas tradicionales limitan la libertad de disposición espacial debido a la naturaleza de los materiales utilizados.
2.3 Alta resistencia a la carga y resistencia sísmica superior. Para la misma carga, la estructura de acero tiene la sección transversal más pequeña, y para la misma sección transversal, la estructura de acero tiene la mayor capacidad de carga. capacidad. En las áreas de fortificación sísmica, las estructuras de hormigón armado tienen muchas deficiencias y las estructuras de acero son livianas. El peso de una casa liviana de acero de seis pisos solo equivale al peso de una estructura de ladrillo y concreto de cuatro pisos. El efecto en sí es pequeño y el acero tiene alta ductilidad y buena capacidad de disipación de energía, por lo tanto, tiene buena resistencia sísmica y alta seguridad estructural.
2.4 Ventajas destacadas en la construcción El hormigón colado in situ requiere una construcción continua, lo que se ve afectado por la temporada de construcción en el norte de mi país. La mayoría de los componentes de la estructura de acero se producen en la fábrica y se envían al sitio para su ensamblaje general mediante soldadura o atornillado, y pueden funcionar las 24 horas del día. La carga de trabajo en el sitio de construcción es pequeña, lo que reduce el terreno temporal utilizado para la construcción en comparación con los materiales de construcción tradicionales, causa menos contaminación al medio ambiente circundante y mejora el nivel de mecanización de la construcción.
2.5 La estructura de acero tiene un costo general bajo y una alta capacidad de carga. Puede realizar el diseño de grandes tramos de la estructura. Las secciones que lo componen son pequeñas en comparación con las estructuras de hormigón y las estructuras de ladrillo-hormigón. un peso más ligero y un procesamiento de base más fácil. Utilice el tipo de base natural. Dado que los cimientos representan una gran proporción del costo del proyecto, el peso liviano de la superestructura puede reducir el costo de los cimientos, reduciendo así la inversión de todo el proyecto. La naturaleza altamente mecanizada de la construcción de estructuras de acero reduce los costos de mano de obra y otros costos de materiales auxiliares como el encofrado. 3 Ideas de diseño para residencias con estructura de acero
3.1 Determine si la estructura es adecuada para estructuras de acero. Las estructuras de acero se utilizan generalmente en edificios de gran altura, grandes luces, formas complejas, grandes cargas o capacidad de elevación de grúas, grandes. vibraciones, talleres de alta temperatura, Estructuras con altos requisitos de sellado, móviles o montaje y desmontaje frecuente.
3.2 Selección estructural y disposición estructural Lo que se debe enfatizar en todo el proceso de diseño de estructuras de acero es el "diseño conceptual", que es especialmente importante en la etapa de selección y disposición estructural para algunos problemas que son difíciles de resolver. tomar decisiones precisas y racionales Para cuestiones no especificadas en el análisis o las especificaciones, el diseño de la estructura de control se puede determinar desde una perspectiva global basada en las ideas de diseño obtenidas de la relación mecánica entre el sistema estructural general y los subsistemas, mecanismos de falla , daños por terremotos, fenómenos de prueba y experiencia en ingeniería y medidas detalladas. El diseño conceptual se puede utilizar para concebir, comparar y seleccionar de forma rápida y eficaz en una etapa temprana. El esquema estructural resultante suele ser fácil de calcular a mano, tiene conceptos claros, es cualitativamente correcto y puede evitar operaciones engorrosas e innecesarias en la etapa de análisis estructural.
3.3 Sección transversal estimada Una vez completado el diseño estructural, es necesario realizar una estimación preliminar de la sección transversal del componente. Principalmente los supuestos de la forma de la sección transversal y el tamaño de vigas, columnas, soportes, etc.
Las vigas de acero pueden seleccionarse entre perfiles de acero en forma de H, laminados o soldados, etc. Según las condiciones de carga y apoyo, la altura de la sección transversal suele seleccionarse entre 1/20 y 1/50 de la luz. Cuando el ancho del ala se determina de acuerdo con el límite l/b basado en la separación de los soportes laterales entre las vigas, se puede evitar el complicado cálculo de la estabilidad general de la viga de acero. Este método es muy popular. Después de determinar la altura de la sección y el ancho del ala, el espesor de la placa se puede estimar de acuerdo con las disposiciones de construcción localmente estables de la especificación.
La sección de la columna se estima en función del índice de esbeltez, generalmente 50<λ<150, y el valor de selección simple ronda 100. Dependiendo de la compresión axial, se puede seleccionar flexión bidireccional o flexión unidireccional, tubería de acero o secciones de acero en forma de H.
3.4 Análisis estructural En el diseño actual de estructuras de acero, el análisis estructural suele ser un análisis elástico lineal, y se consideran P-Δ y p-δ cuando las condiciones lo permiten.
Algunos software de elementos finitos recientes pueden considerar parcialmente la no linealidad geométrica y las propiedades elástico-plásticas del acero, lo que proporciona las condiciones para un análisis estructural más preciso.
3.5 Diseño de componentes El primer paso en el diseño de componentes es la selección de materiales. Normalmente se utiliza un único grado de acero para la estructura principal para facilitar la gestión del proyecto. Por motivos económicos, también se puede elegir una combinación de perfiles de acero con diferentes resistencias. En el diseño de componentes, los códigos actuales utilizan el método elástico-plástico para calcular la sección, que no coincide con el método elástico para calcular la fuerza interna estructural. El software estructural actual proporciona funciones de posprocesamiento para el cálculo de la sección. Debido al avance de la tecnología de programación, algunos programas pueden aumentar el tamaño de los componentes que no pasan la verificación en un nivel de la biblioteca de secciones transversales dada, y volver a analizar y verificar automáticamente los componentes hasta que pasen, como sap2000, etc. Esta es una de las funciones de diseño de optimización de secciones transversales que se menciona con frecuencia. Reduce gran parte de la carga de trabajo del ingeniero estructural.
3.6 Diseño de nodos El diseño de nodos de conexión es uno de los contenidos importantes en el diseño de estructuras de acero.
Antes del análisis estructural, se debe considerar y determinar completamente la forma de los nodos. Una situación común es que los nodos diseñados finalmente no son completamente consistentes con la forma utilizada en el modelo de análisis estructural. Esto debe evitarse de acuerdo con diferentes características de transmisión de fuerza. , los nodos se dividen en uniones rígidas, uniones articuladas y uniones semirrígidas.
3.7 Preparación del dibujo Los planos de diseño de la estructura de acero se dividen en dos etapas: planos de diseño y detalles de construcción. Los planos de diseño los proporciona la unidad de diseño. Los detalles de construcción generalmente los prepara la empresa fabricante de estructuras de acero. los dibujos de diseño, y algunas veces por Preparado por la unidad de diseño. Debido a la contradicción entre el aumento de proyectos de estructuras de acero en los últimos años y la falta de ingenieros de estructuras de acero en los institutos de diseño, también es común que las empresas de estructuras de acero con capacidades de diseño participen en la preparación de los planos de diseño.
El método de expresión del contenido de los dibujos de diseño y los detalles de construcción y el control de la profundidad de los dibujos son actualmente relativamente confusos y son diferentes entre las distintas unidades de diseño y entre las empresas de estructuras de acero. Los principiantes pueden consultar los excelentes diseños de otras personas y los libros de referencia relevantes y compilarlos de acuerdo con las especificaciones.
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