Los edificios de pórtico con estructura de acero son el sistema de estructura más común. Se utiliza ampliamente en edificios de acero ligeros como almacenes, talleres, cobertizos y garajes.

El pórtico de acero es un sistema de construcción ligero; se trata de un pórtico de alma maciza o de celosía como marco principal de carga, compuesto por acero soldado en forma de H (de sección transversal igual o variable), acero laminado en caliente en forma de H o acero de pared delgada conformado en frío. El acero de pared delgada conformado en frío (en forma de C o Z) se utiliza como correas y faldones de pared; las láminas de metal corrugado se utilizan para los techos y las paredes; se utiliza espuma de poliestireno, espuma rígida de poliuretano, lana de roca, lana mineral, lana de vidrio, etc., como materiales de preservación del calor y de aislamiento térmico, y se establece adecuadamente el sistema de arriostramiento.

En comparación con la estructura de hormigón armado. El marco de acero del pórtico tiene las ventajas de un peso ligero, alta rigidez, diseño flexible, fuerza razonable y construcción conveniente.

Forma del marco rígido

La estructura de pórtico tiene varias formas: de un solo vano, de dos vanos, de vanos altos y bajos, de una sola cumbrera, de varias cumbreras, o de un solo talud, de dos taludes, de varios taludes, de un talud plano, etc. Los pórticos rígidos de un solo vano se utilizan sobre todo en edificios con pocas necesidades de espacio lateral. Por lo general, la envergadura es de 18 a 36 m. A menudo se utilizan secciones soldadas o laminadas en forma de H. La posición y la altura de las vigas y los pilares de sección variable se determinan en función del diagrama de distancia de flexión y de la luz. El marco rígido de varios vanos es adecuado para edificios grandes, y su sección transversal es similar a la de un marco rígido de un solo vano, pero la columna central generalmente adopta una sección transversal igual. En la actualidad, la luz máxima del pórtico ha alcanzado los 72 m.

La composición de los edificios de pórticos de acero

1. Armazón primario: armazones rígidos transversales (incluidos los armazones rígidos intermedios y finales), vigas de piso, vigas de grúa, sistemas de apoyo, etc.
2. Estructura secundaria: correas de tejado y faldones de pared, etc.
3. Estructura de la envoltura: paneles de techo y pared;
4. Estructuras auxiliares: escaleras, plataformas, barandillas, etc;
5. Fundación.

Los pilares de acero, las vigas de la cubierta y los sistemas de arriostramiento constituyen el esqueleto de fuerza principal del pórtico de acero. Es el marco principal.
Las correas del tejado y los faldones de los muros no sólo soportan el tejado y los muros, sino que también proporcionan un soporte lateral para las vigas y los pilares estructurales principales, que forman la estructura secundaria de los edificios de pórtico de acero.
El techo y el panel de la pared sirven de envoltura y cierre de toda la estructura, al tiempo que aumentan la rigidez general de los edificios de acero.

La luz del pórtico suele ser de 9～36m. Cuando las anchuras de las columnas laterales no son iguales, sus lados exteriores deben estar alineados.

La altura media del pórtico debe ser de 4,5～9,0mm. Cuando haya un puente grúa, éste no debe ser mayor de 12 m.

La separación del pórtico, es decir, la distancia longitudinal entre los ejes de la retícula de columnas, debe ser de 6-9m.
La longitud del voladizo puede determinarse según los requisitos de la aplicación y debe ser de 0,5~1,2m.

El sistema estructural de los edificios de pórtico de acero:

1.Estructura portante transversal:

1)La composición de la estructura portante transversal incluye vigas de acero para el techo, columnas de acero y cimientos);
2)La estructura portante transversal soporta y transfiere las cargas verticales y horizontales.

2. Estructura del marco longitudinal :

1)La composición de la estructura del marco longitudinal incluye los pilares longitudinales, las vigas de la grúa, el arriostramiento del muro, la viga de unión rígida y la cimentación)
2)Garantizar la rigidez longitudinal y la estabilidad de los edificios;
3)Transmitir y soportar la carga longitudinal del viento, la carga horizontal longitudinal de la grúa, la tensión térmica y la sísmica que actúan sobre el frontón en el extremo del edificio y la cubierta.

3. Estructura del techo

1)Panel de techo: Puede soportar la carga vertical y la carga horizontal del viento que actúa sobre el panel del techo. Por lo general, utiliza una chapa metálica de un solo color o un panel sándwich.

2)Correas: Estructura de soporte del panel de la cubierta, que puede soportar la carga vertical y la carga horizontal del viento transmitida desde el panel de la cubierta. 3) Viga de marco rígido: Los miembros portadores primarios soportan principalmente el peso propio de la estructura de la cubierta y la carga viva transmitida desde el panel de la cubierta.

4.Estructura de la pared

1)Paneles de pared exterior: pared vertical y a dos aguas. Soportan principalmente la carga del viento. Utiliza una chapa metálica de un solo color o un panel sándwich.
2)Falso muro: soporta la carga de viento vertical y horizontal transmitida por el panel del muro.

5. Apuntalamiento

Tipo: Arriostramiento horizontal del techo, arriostramiento de la pared.
1)Arriostramiento horizontal del tejado: mejora la rigidez general del tejado. Consiste en un refuerzo transversal del techo, una viga de amarre y un refuerzo de vuelo.
2)Arriostramiento de muros: Se utiliza para mejorar la estabilidad de la estructura del marco de la pared

Utilizar:
1)Mejora de la rigidez espacial de la estructura del edificio
2)Estabilidad estructural garantizada
3) Transmitir la carga del viento, la carga del freno de la grúa y la carga sísmica a los elementos portantes

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Las cargas externas actúan directamente sobre la envolvente: las cargas verticales y laterales se transmiten al pórtico lateral de la estructura primaria a través de la estructura secundaria. El pórtico se basa en su rigidez para resistir los efectos externos. Las cargas longitudinales del viento se transfieren a los cimientos a través de los arriostramientos del techo y de las paredes.

La disposición estructural de los edificios de pórticos de acero

La luz y la separación de los pilares de la estructura de acero del pórtico se determinan principalmente en función de los requisitos del edificio. Las principales cuestiones a tener en cuenta en el diseño arquitectónico son la determinación del intervalo de temperatura y la disposición del sistema de arriostramiento.

Teniendo en cuenta el efecto de la temperatura, la longitud de la sección de temperatura longitudinal de los edificios de estructura de acero de pórtico no debe superar los 300 m, y la sección de temperatura transversal no debe superar los 150 m. Si el tamaño excede la sección de temperatura, debe arreglar la junta de expansión de temperatura. Las juntas de dilatación de la temperatura pueden realizarse colocando columnas dobles o ajustando el marco secundario.

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Los principios fundamentales de la disposición de los arriostramientos son los siguientes:

1. La distancia entre los arriostramientos suele ser de 30m-40m y no debe superar los 60m

2. El arriostramiento horizontal de la cubierta y el arriostramiento de la pared dispuestos entre el mismo pilar, sirve para garantizar la formación de un sistema geométricamente inalterado y mejorar la rigidez global de la estructura del edificio;
3. Si el arriostramiento de la cubierta se dispone entre los segundos pilares, las barras de unión rígidas deben disponerse entre los primeros pilares.

5. La barra inclinada a 45º es la que más eficazmente puede transferir cargas horizontales. Cuando el ángulo del elemento de arriostramiento de una sola capa es demasiado grande debido a la altura del pilar, debe establecerse el arriostramiento del muro de dos o tres capas;

6. Las barras de unión rígidas se colocarán en los puntos de giro, como las cimas de los pilares y las crestas de los tejados. Las barras de unión rígidas longitudinales se proporcionarán en la estructura longitudinalmente en los nodos de las cerchas de refuerzo;

7. El tirante rígido de los edificios de estructura de acero de pórtico puede utilizar la correa en la posición correspondiente. El tirante que se proporciona cuando la rigidez o la capacidad de carga son insuficientes.

Las dimensiones del edificio con estructura de acero del pórtico deben cumplir con los siguientes requisitos:

La luz de un pórtico será la distancia entre los ejes de las columnas transversales del pórtico.

La altura del marco del portal debe tomarse como la altura desde el piso hasta la intersección del eje de la columna y el eje de la viga inclinada. La altura del marco del portal debe determinarse de acuerdo con los requisitos de altura neta interior. Para una fábrica con grúa, la altura debe determinarse de acuerdo con la elevación superior del riel y los requisitos de altura neta de la grúa.

El eje de la columna puede determinarse por el eje vertical en el centro del extremo inferior de la columna. El eje de posicionamiento de las columnas laterales en naves industriales debe estar en el exterior de la columna. El eje de la viga inclinada puede determinarse por el eje paralelo al centro del extremo más pequeño del segmento de viga de sección variable y la superficie superior de la viga inclinada.

Dimensiones de construcción del edificio de acero con estructura de acero del pórtico:

La altura de la cornisa debe ser la altura desde el piso hasta el borde inferior de las correas en el exterior de la casa; su altura máxima debe ser la altura desde el piso hasta el borde superior de las correas en la parte superior del techo; su ancho debe ser la distancia entre los revestimientos exteriores de las vigas de la pared en las paredes laterales de la casa; su longitud debe ser la distancia entre los revestimientos de las vigas del muro a dos aguas en ambos extremos.

La luz del pórtico deberá ser de 12 a 48 metros en un solo vano, con un módulo de 3 metros. Si los anchos de los postes laterales no son iguales, sus lados exteriores deben estar alineados.

La altura del marco del pórtico debe ser de 4,5 a 9,0 metros y, si es necesario, puede aumentarse adecuadamente. Cuando exista puente grúa la altura no deberá exceder los 12 metros.

La distancia entre pórticos, es decir, la distancia longitudinal entre los ejes de la red de columnas, debe ser de 6 metros, pero también puede ser de 7,5 metros o 9 metros, con un máximo de 12 metros. Para luces más pequeñas se pueden utilizar 4,5 metros.

La longitud del voladizo se puede determinar según los requisitos de uso y debe ser de 0,5 a 1,2 metros. La pendiente del ala superior debe ser la misma que la pendiente de la viga inclinada. Las formas de los pórticos se dividen en pórticos de un solo vano y de doble vertiente, de dos vanos y de una sola vertiente, de varios vanos y de doble vertiente, y marcos rígidos con voladizos y casas adyacentes. La conexión entre la columna central del marco rígido de múltiples tramos y la viga inclinada del marco rígido puede ser articulada. Los marcos rígidos de varios tramos deben adoptar techos de doble o simple pendiente. Si es necesario, también se pueden utilizar marcos rígidos de múltiples tramos conectados por múltiples tramos simples de doble pendiente.

Secuencia de instalación de la estructura de acero del pórtico:

1. Instalar la columna de acero
En primer lugar, se fijan los pernos de anclaje, y la columna de acero se coloca en los cimientos conectando con los pernos de anclaje.

2. Instale la viga de unión entre los pilares de acero.

3. Montar la viga de acero
Las vigas de acero deben combinarse con pernos de alta resistencia en el suelo y ensamblarse.

4. Instale la correa entre las dos cerchas del techo para formar un sistema de marco estable.

Secuencia de instalación: empezar con los dos marcos rígidos apoyados entre columnas cerca del frontón. Instalar las correas, los refuerzos, los refuerzos de la mosca, etc.

Empezando por los dos marcos rígidos, instálelos en secuencia hacia el otro extremo de la casa.

Factores de los edificios de pórticos de acero que se tienen en cuenta en el diseño:

1.Reglamento sobre el valor de la carga

Carga muerta

El software de diseño genera el peso propio de los edificios de pórticos de acero. Se calculó la carga del tejado, las correas, los arriostramientos y otras cargas añadidas a la estructura de acero según el diseño real. La chapa ondulada de un solo color y el panel sándwich pueden utilizarse como panel de techo o de pared. Los materiales de aislamiento del panel sándwich incluyen espuma de poliestireno, poliuretano, lana de roca, lana de vidrio, etc.
El diseño debe combinarse con materiales específicos para determinar la carga del techo y de las paredes.

Carga variable

Las cargas variables incluyen la carga viva del techo, la carga de cenizas, la carga de la grúa, la acción sísmica, la carga del viento, etc. La «Especificación Técnica para Estructuras de Acero Ligeras de Pórtico» (CECS102: 2002) estipula que la carga viva de la cubierta es de 0,5 kN/M2. Si la superficie de carga es superior a 60M2, el factor de reducción puede multiplicarse por 0,6. Por lo tanto, al calcular la estructura de acero se suele utilizar 0,3kn/m2.

2.Minimizar la cantidad de acero

En los edificios de pórtico con estructura de acero, el consumo de acero de la estructura de acero primaria y la correa representan más del 90%. En las mismas condiciones de carga, la disposición de la separación de los pilares tiene una gran influencia en el consumo de acero.
Varios análisis estadísticos muestran que la distancia recomendada entre los pilares es de 6 a 8 m, y que la luz no debe ser superior a 36 m. Las correas deben ser de acero de paredes finas de tipo C y Z, mientras que los marcos de acero suelen utilizar secciones en forma de H.