Los principios de diseño de estructuras de acero se refieren a los principios básicos que deben seguirse al diseñar edificios con estructuras de acero. Los principios más básicos son la seguridad y la confiabilidad, lo que significa que el diseño estructural debe garantizar la estabilidad y resistencia de la estructura bajo la carga de trabajo especificada. Además, también es necesario considerar la economía y la estética del sistema.

Se requieren análisis y cálculos estructurales integrales durante el proceso de diseño para garantizar que la estructura pueda soportar las cargas y fuerzas externas necesarias, como las fuerzas sísmicas. También es necesario seguir los códigos y normas de diseño de estructuras de acero pertinentes. El diseño de estructuras de acero requiere herramientas y tecnologías de diseño avanzadas, como software de diseño asistido por computadora y tecnología de modelado tridimensional, para mejorar la eficiencia y precisión del diseño.

Diseño de estructura de acero

Carga para el diseño de estructuras de acero

La carga de la estructura de acero es la fuerza externa y otros factores que causan presión interna y deformación de la estructura o componente. O diversos efectos directos ejercidos sobre la estructura de acero del edificio para producir el impacto sobre el sistema o sus partes. Las más comunes incluyen el peso propio estructural, la carga viva del piso, la carga viva del techo, la carga de polvo del área del techo, la carga del vehículo, la carga de la grúa, la carga dinámica del equipo y el viento, la nieve, el hielo, las olas y otras cargas naturales.

Las cargas incluyen principalmente los siguientes tipos:

Carga muerta: La carga muerta es un tipo de carga permanente cuyo valor no cambia con el tiempo, o su cambio no puede ignorarse en comparación con el valor promedio. Incluye el peso propio de la estructura, la presión del suelo, el pretensado, el asentamiento de los cimientos, la contracción del hormigón, la deformación por soldadura, etc. Al diseñar una estructura, se deben considerar sus efectos a largo plazo, como su peso, el peso de la carga permanente, componentes estructurales y de decoración de edificios no portantes, empujes de tierras, etc.

Carga viva: La carga viva, o carga variable, es la carga de uso u ocupación y la carga natural impuesta sobre la estructura causada por personas, materiales y vehículos, como la carga viva del piso del edificio de estructura de acero, la carga viva del techo, las cenizas del área del techo. carga, carga de vehículo, carga de grúa, etc.

Carga de viento: la carga de viento, también conocida como presión dinámica del viento, es la presión producida por el flujo de aire en las estructuras de ingeniería. La carga del viento está relacionada con la presión esencial del viento, la topografía, la rugosidad del terreno, la altura desde el suelo y la forma del edificio.

Carga de nieve: La carga de nieve se refiere a la presión de la nieve que actúa sobre la superficie superior de un edificio o estructura para el cálculo. La carga de nieve se forma por acumulación de nieve y es una carga meteorológica espontánea. El tamaño del valor de la carga de nieve depende principalmente de la cantidad de nieve en cada región en función de los datos meteorológicos, la forma del techo, el tamaño geométrico del edificio y el uso regular del edificio.

Carga sísmica: La carga sísmica también se llama fuerza sísmica. Término general para la fuerza de inercia, la presión del suelo y la presión del agua que experimenta una estructura debido a un terremoto. Dado que la vibración horizontal tiene el impacto más significativo en los edificios, generalmente solo se considera la vibración horizontal.

Fórmula de cálculo de la fuerza sísmica: fuerza sísmica = peso propio × coeficiente sísmico

En términos de peso del edificio, las estructuras de acero son más ligeras que las estructuras de hormigón. El peso propio de las estructuras de acero es generalmente de dos tercios o la mitad del de los sistemas de acero y hormigón. De acuerdo con las reglas de cálculo anteriores, un edificio con estructura de acero liviano reducirá y mitigará significativamente las fuerzas sísmicas, protegiendo así la estabilidad de todo el edificio.

El propósito del análisis de carga es garantizar que el edificio pueda operar de manera segura bajo diversos factores de fuerza externos y que no se produzcan daños estructurales ni colapsos, incluso en situaciones extremas. También puede ayudar a los diseñadores a elegir materiales de acero apropiados para el diseño.

Estabilidad estructural para el diseño de estructuras de acero.

El coeficiente de estabilidad de una estructura de acero (también llamado coeficiente de pandeo) se refiere a la relación entre la carga máxima que un componente puede soportar cuando se somete a fuerzas externas en relación con la carga última. En términos generales, cuanto mayor sea el coeficiente de estabilidad, mejor será la estabilidad del elemento. A continuación se presentan algunas consideraciones críticas sobre la estabilidad estructural:

Forma de sección transversal

La forma de la sección transversal es uno de los factores esenciales que afectan el coeficiente de estabilidad. Según la teoría de la estabilidad, el coeficiente de estabilidad de una viga está relacionado con su momento de inercia de la sección transversal. En las estructuras de acero, las formas de sección transversal comunes incluyen rectángulos, círculos, formas de T, forma de H y formas tubulares. Cada forma de sección transversal tiene un momento de inercia de sección transversal diferente, por lo que la magnitud de la influencia sobre el coeficiente de estabilidad también es diferente.

Resistencia del material

Otro factor que afecta el factor de estabilidad es la resistencia del material. Específicamente, el coeficiente de estabilidad en estructuras de acero está relacionado con el límite elástico del material componente. Cuanto mayor sea la potencia, mayor será el coeficiente de estabilidad y viceversa.

Dimensiones de la sección transversal

El tamaño de la sección también afecta el factor de estabilidad. En las estructuras de acero, cuando la dimensión de la sección transversal del componente es pequeña, el coeficiente de estabilidad es relativamente bajo porque es fácil provocar pandeo local. Por el contrario, cuando el tamaño de la sección transversal es más extenso, es más difícil que el componente sufra pandeo local, por lo que el coeficiente de estabilidad es relativamente alto.

Longitud del miembro

La longitud del miembro también es un factor esencial que afecta el coeficiente de estabilidad. Según la fórmula de Euler, el coeficiente de estabilidad es alto cuando la longitud del miembro es pequeña. Aún así, el coeficiente de estabilidad disminuirá drásticamente cuando la longitud del miembro aumente hasta cierto punto. Por lo tanto, en las estructuras de acero, el tamaño de los componentes debe diseñarse razonablemente de acuerdo con la situación real para garantizar los requisitos del coeficiente de estabilidad.

Principios de diseño para la estabilidad estructural:

Es necesario considerar la estabilidad de la estructura general del edificio.

En el diseño arquitectónico, normalmente consideramos primero la distribución plana del edificio, como el diseño del marco en los dibujos arquitectónicos. Pero para garantizar que la instalación no colapse, debemos disponer razonablemente el sistema de soporte en el diseño de la estructura de acero. Esto significa que el diseño plano del edificio debe ser coherente con la estructura tridimensional del edificio, teniendo en cuenta no sólo la estabilidad del plano sino también la estabilidad de los cimientos del edificio.

Los dibujos de cálculo deben ser consistentes con los cálculos reales.

En el diseño de edificios de varios pisos o de gran altura, los cálculos de datos generalmente se realizan utilizando estructuras de marco en lugar de partir de la estabilidad de la estructura de acero. En los cálculos reales, necesitamos utilizar los coeficientes de las columnas del marco virtual para garantizar la resistencia general de la estructura de acero. Para cumplir con la estabilidad del diseño de la estructura de acero, necesitamos establecer plantillas de cálculo específicas, que se pueden utilizar en cálculos posteriores para obtener datos confiables.

El cálculo de estabilidad de la estructura de acero debe ser coherente con los detalles internos.

Debemos garantizar resultados de cálculo y diseño estructural consistentes al realizar cálculos de datos específicos. Además de los cálculos de la estructura del marco principal, también debemos prestar atención a los detalles de la estructura de acero, como la capacidad de flexión de los puntos de conexión y la excentricidad de las varillas. Estos detalles son igualmente importantes.

Estética para el diseño de estructuras de acero

Además de las consideraciones funcionales y de estabilidad de carga más básicas, el diseño estético del edificio es también uno de los principios que los diseñadores consideran al diseñar.

La apariencia de un edificio es la primera impresión que da a la gente. La hermosa forma y las proporciones apropiadas afectan el atractivo del edificio para la gente. Por supuesto, la elección de diferentes materiales también afectará significativamente a la estructura general.

La luz y la vista del edificio también son un factor importante que pone a prueba a los diseñadores. La arquitectura razonable debe integrarse con el entorno natural, tener una luz y una visión perfectas y poder brindar a las personas una experiencia de vida más placentera.

Antecedentes culturales e históricos. Diferentes países tienen diferentes culturas e historias y otros estilos arquitectónicos. El diseñador debe ajustarse al estilo arquitectónico local para integrar el edificio a la comunidad local.

En conclusión

El diseño de la estructura de acero debe tomar la estabilidad como contenido central, considerar de manera integral los recursos y factores existentes, planificar razonablemente los planos de la estructura de acero y manejar bien cada estructura y marco para evitar problemas y mejorar el efecto de estabilidad. También se deben considerar los antecedentes culturales e históricos locales para crear obras arquitectónicas seguras, duraderas e impresionantes.