El diseño de taller de estructuras de acero se adapta a su función para garantizar un flujo fluido de materiales y un uso eficiente del espacio interior. Las necesidades operativas del taller determinan su tamaño y distribución.

La selección del emplazamiento de un taller de estructuras de acero debe considerar plenamente el terreno, el tráfico y los factores ambientales locales. Se debe adoptar un diseño de refuerzo si el taller se ubica en una zona con fuertes vientos o terremotos frecuentes. Además, el diseño de los talleres de estructuras de acero debe cumplir con las especificaciones de construcción para garantizar que la estructura cumpla con los requisitos de carga y mejore la estabilidad y la seguridad de la estructura en general.

La atención en el Diseño de Taller de Estructuras de Acero:

Carga del edificio del taller de acero

La seguridad estructural de los talleres con estructura de acero depende de su capacidad de carga. La estructura de acero calculada y diseñada garantiza que el taller resista cargas de viento, nieve y terremotos. La capacidad de carga del taller depende de la estructura y la carga.

Estructuras portantes principales:

Columnas de acero: Soportan cargas verticales y las transfieren a la cimentación. Se suele utilizar acero en forma de H o de caja para mejorar la resistencia y la estabilidad.
Vigas de acero: Soportan las cargas del techo y dispersan la presión. El acero en forma de H es de uso común. Si la luz es grande, se puede utilizar una estructura de celosía.
Cercha de techo: Soporta el panel del techo y resiste la carga del viento. Se pueden utilizar cerchas de acero angulares o de tubo cuadrado. La cercha es ligera y tiene una gran capacidad de carga, lo que la hace adecuada para talleres de gran luz.
Sistema de arriostramiento: Incluye arriostramiento de columnas, techo y muros, lo que mejora la resistencia del taller de acero al viento y a los terremotos y previene la deformación estructural.

Clasificación de carga:

Carga constante: peso propio de la estructura de acero del edificio de la fábrica, incluyendo componentes de acero, paneles de techo y muros, etc.
Carga viva: carga variable causada por las actividades del personal y los cambios en el funcionamiento del equipo. Carga de viento: el efecto del viento sobre el taller, relacionado con su velocidad.
Carga de nieve: en zonas frías, la acumulación de nieve genera una presión adicional sobre la cubierta, por lo que el diseño de talleres con estructura de acero debe calcular la carga de nieve.
Carga sísmica: fuerzas horizontales y verticales causadas por terremotos.

Diseño de pórticos de acero:

Existen diversos tipos de pórticos, siendo los más comunes los de cumbrera simple de una sola vertiente, cumbrera múltiple de varias vertientes y cumbrera simple de dos vertientes de varios vanos. Además, según los requisitos funcionales específicos y las condiciones del edificio, se pueden utilizar aleros salientes o pórticos adyacentes para adaptarse a diferentes distribuciones y necesidades de uso.

La estabilidad es clave para el diseño de pórticos de acero, ya que determina su resistencia al desplazamiento lateral bajo cargas de viento y sismo. La estabilidad se logra mediante la instalación de un sistema de soporte y el aumento de la rigidez de la base de la columna.

La deflexión se refiere a la deformación de las vigas de acero en grandes luces, lo que afecta la seguridad de la estructura. El control de la deflexión se puede optimizar aumentando la sección transversal. En talleres de estructuras de acero con grúas, se debe considerar la fuerza de torsión de las columnas de acero. Se pueden instalar tirantes entre las columnas y las vigas de acero para aumentar la resistencia a la torsión.

La forma estructural del taller de estructuras de acero:

El pórtico de acero suele adoptar un diseño de sección variable. La estructura logra la mejor capacidad de carga en diferentes zonas de tensión gracias a un cambio razonable de la altura de la sección, un menor consumo de acero, la optimización de los materiales y una mejor tensión estructural. Sin embargo, cuando la fábrica necesita instalar una grúa, la columna suele adoptar un diseño de sección uniforme para proporcionar un estado de tensión más uniforme y una mayor resistencia a la flexión, garantizando así la estabilidad de la estructura durante la operación de la grúa, reduciendo la vibración y el desplazamiento, y mejorando la seguridad y la vida útil.

El pie de columna suele adoptar un diseño articulado para reducir la transmisión del momento flector, reducir los requisitos de rigidez de la cimentación, simplificar el diseño de la cimentación y reducir los costos de construcción. Este diseño es adecuado para talleres con estructuras de acero sin grúas. En fábricas con grúas, el pie de columna adopta un diseño de conexión rígida. El pie de columna rígido puede soportar momentos flectores más intensos, mejorar la estabilidad y la capacidad portante de la estructura, y reducir el desplazamiento de la columna de acero durante la operación de la grúa.

Normas para el análisis de fuerzas en pórticos

Los talleres de estructuras de acero presentan diversas configuraciones, cada una de las cuales cumple con requisitos funcionales y espaciales específicos. Las formas más comunes incluyen talleres de un solo tramo, de varios tramos y de varias plantas. Los talleres de un solo tramo ofrecen un espacio interior sin obstrucciones, ideal para procesos de fabricación que requieren un gran movimiento mecánico. Las estructuras de varios tramos utilizan columnas internas adicionales para soportar una distribución más amplia, mientras que los diseños de varias plantas maximizan la eficiencia del espacio vertical. La elección de la forma estructural adecuada es esencial para la eficiencia operativa y la sostenibilidad a largo plazo.

En los cálculos estructurales, las cargas vivas de la cubierta se suelen considerar cargas completamente distribuidas. Cuanto mayor sea el valor de la carga, mayor será la seguridad, pero también aumentará la cantidad de acero correspondiente. Por lo tanto, establecer estándares de carga razonables es esencial para garantizar la seguridad estructural y la economía.

De acuerdo con los requisitos del código, para cubiertas ligeras con chapa de acero corrugado, el valor estándar de la carga viva en la dirección vertical de la cubierta debe ser de 0,5 kN/m², lo cual se aplica al cálculo de paneles y correas de cubierta. Sin embargo, cuando el área de proyección horizontal de la estructura de acero supere los 60 m², el valor de la carga viva vertical uniforme de la cubierta no deberá ser inferior a 0,3 kN/m² para garantizar la seguridad de las estructuras de gran envergadura.

Los diseño de taller de estructuras de acero deben cumplir con estrictas normas de análisis de tensiones. Los ingenieros estructurales suelen utilizar el análisis de elementos finitos para simular la distribución de tensiones e identificar posibles puntos débiles, como el momento flector, la fuerza cortante, la carga axial y otros factores. El diseño también debe cumplir con los códigos de construcción para garantizar que la estructura de acero no se deforme ni se desplace al soportar cargas externas.

La combinación de efectos de carga debe cumplir con las siguientes normas:

El diseño de estructuras de acero en talleres debe soportar múltiples combinaciones de carga, incluyendo:

Carga estática + carga viva: evaluar los efectos combinados de fuerzas permanentes y variables.

Carga estática + carga de viento: garantizar la estabilidad lateral bajo vientos de alta velocidad.

Carga estática + carga sísmica: mejorar la resistencia sísmica mediante detalles dúctiles.

Carga estática + carga de nieve: evitar que la acumulación de nieve provoque una deflexión excesiva de la cubierta. Cada combinación de carga debe cumplir con los requisitos de los códigos de construcción para garantizar la seguridad y la durabilidad.

Pasos para el diseño de taller de estructuras de acero:

El diseño de taller de estructuras de acero implica sistemáticamente múltiples etapas, desde la planificación inicial hasta la construcción final.

1. Análisis del sitio

Se debe evaluar el sitio para garantizar que el diseño estructural cumpla con las condiciones geográficas y ambientales antes de diseñar el taller de estructuras de acero. El análisis del sitio incluye los siguientes factores:

Condiciones climáticas: Evaluar la velocidad del viento y las nevadas locales, así como el rango de temperatura, para determinar la carga de viento, la carga de nieve y los requisitos de aislamiento.

Actividad sísmica: Si el proyecto se ubica en una zona sísmica, se debe calcular la fuerza sísmica y el diseño del taller de estructuras de acero se ajusta al código sísmico.

Capacidad portante de la cimentación: Se debe explorar el terreno y calcular la capacidad portante de la cimentación antes de diseñar la cimentación.

2. Diseño conceptual

La estructura general del taller de estructuras de acero se determina en la etapa de diseño conceptual, incluyendo:

Diseño estructural: Seleccionar estructuras de un solo tramo, de varios tramos o multicapa para cumplir con los requisitos de uso de los diferentes tipos de talleres.

Disposición espacial: Planifique la disposición espacial según los requisitos del proceso de producción y la disposición de los equipos para mejorar la eficiencia de la producción.

3. Selección de materiales

La selección del acero afecta directamente la capacidad portante y la durabilidad del taller. Se consideran principalmente los siguientes factores:

Requisitos de resistencia: Según los cálculos de carga, se seleccionan los materiales de acero adecuados. La estructura principal utiliza acero de alto rendimiento Q355B y la secundaria, acero Q235B.

Tratamiento superficial: Seleccione los procesos de tratamiento superficial adecuados según el entorno. El método convencional de tratamiento superficial es la pintura en aerosol. En entornos húmedos o corrosivos, se requiere galvanización por inmersión en caliente para prolongar la vida útil de la planta de estructuras de acero.

4. Cálculo y modelado estructural

Utilice software de ingeniería avanzado para realizar cálculos y análisis estructurales precisos, garantizando que el diseño cumpla con los requisitos de las especificaciones de construcción.

Análisis de elementos finitos: Simule las condiciones de tensión de las estructuras de acero bajo diferentes cargas (por ejemplo, cargas de viento, cargas de nieve, fuerzas sísmicas) y prediga la deformación estructural y las áreas de concentración de tensiones.

Análisis de estabilidad: Calcular la deflexión y el pandeo que pueden producirse en la estructura bajo la acción combinada de cargas y optimizar el diseño.

5. Diseño estructural detallado

Se requiere un diseño detallado tras completar el cálculo estructural y preparar los planos arquitectónicos y estructurales.

Diseño de nodos: Optimizar las conexiones viga-columna, los sistemas de soporte y la disposición de los pernos para mejorar la estabilidad general.

Dibujo estructural: El dibujo estructural incluye el plano estructural básico de la planta de acero, planos de planta y alzado, la distribución general, los detalles de los componentes y los detalles de los nodos.

La iluminación para el diseño de taller de estructuras de acero

La superficie de los talleres de estructuras de acero es muy amplia, y la iluminación es también un gran problema. Especialmente en algunos talleres industriales, la luz es una instalación esencial. Mejorar la iluminación interior mediante paneles de luz natural durante el día para ahorrar energía.

Al disponer los paneles de iluminación natural o los cristales en lugares específicos de la cubierta metálica. La vida útil de la claraboya debería ser la misma que la del panel metálico del techo. El tratamiento impermeable debe aplicarse en la unión del panel de iluminación natural y la chapa metálica de la cubierta.

A prueba de humedad

El verano es una estación lluviosa. Para evitar el vapor de agua de la parte inferior del techo metálico, necesita eliminar el vapor de agua en el techo metálico.

La capa del techo metálico debe rellenarse con algodón aislante, y la lámina inferior del techo metálico debe colocarse con una película impermeable. Y hay ventilable en el techo de metal, que será a prueba de humedad para el taller de estructura de acero.

A prueba de fuego para el diseño del taller de estructura de acero

El diseño de taller de estructuras de acero debe tener en cuenta el diseño a prueba de incendios. Durante el uso de un taller con estructura de acero, existe un importante peligro oculto si se produce un desastre por incendio.

Cuando los componentes del taller de estructuras de acero superan una temperatura determinada, la resistencia y el límite elástico de las piezas disminuyen, lo que es fácil que provoque accidentes de colapso.

Por lo tanto, el taller de estructuras de acero necesita rociar con materiales ignífugos, que pueden mejorar la resistencia al fuego de la construcción en caso de incendio.

Aislamiento acústico

Durante el proceso de producción y construcción, es inevitable que se genere ruido. La estructura de acero del edificio de la fábrica impide que el sonido se transmita entre el interior y el exterior.

Rellenar la capa del techo metálico con material de aislamiento acústico (normalmente de algodón aislante), y el efecto de aislamiento acústico expresado por la diferencia de intensidad acústica en ambos lados del techo metálico.

El efecto de aislamiento acústico está relacionado con la densidad y el grosor del material de aislamiento acústico. Hay que tener en cuenta que los materiales de aislamiento acústico tienen diferentes efectos de bloqueo sobre los sonidos de diferentes frecuencias.

Aislamiento térmico

Los talleres de estructuras de acero también deben prestar atención a la cuestión del aislamiento térmico. Si la estructura de acero talleres construidos en la región fría, que debe considerar la preservación del calor en invierno.

La función de aislamiento térmico se realiza rellenando materiales de aislamiento térmico (comúnmente utilizados lana de vidrio y lana de roca) bajo el panel de la cubierta metálica.

El rendimiento del aislamiento térmico viene determinado por los siguientes factores: la materia prima, la densidad y el grosor del algodón aislante térmico. La humedad del algodón aislante térmico, el método de conexión del panel de la cubierta metálica y la estructura subyacente (para evitar el fenómeno del «puente frío»). Se repite la capacidad de la capa de la cubierta metálica para calentar la radiación.