Una estructura metálica está hecha de acero, generalmente unido mediante soldadura, pernos o remaches a vigas, columnas, arriostramientos y otros componentes de acero. Generalmente se utiliza como la estructura portante principal de un edificio. Las estructuras metálicas ofrecen las ventajas de ser ligeras, de alta resistencia, con buen comportamiento sísmico y una rápida velocidad de construcción, lo que permite satisfacer las necesidades de edificios de gran envergadura y estructuras complejas.

La introducción de la estructura metálica

En los edificios modernos, las estructuras metálicas ocupan un lugar esencial. Como componente principal, se utilizan ampliamente en diversos edificios y sectores industriales. La estructuras metálicas para construcción consta de cuatro pasos básicos: diseño, procesamiento, transporte e instalación. Primero, el ingeniero estructural calcula la sección transversal de la estructura de acero según la carga y el entorno externo, y luego elabora planos detallados. Posteriormente, en la fábrica se corta, suelda, perfora y trata el acero según los planos de procesamiento. Tras el procesamiento, se transporta a la obra para su ensamblaje, formando así una construcción de estructuras metálicas.

El papel del acero en los edificios modernos

El acero es un material de construcción ideal. Su alta resistencia y durabilidad lo hacen fundamental en los edificios modernos. Comparado con el hormigón tradicional, el acero es ligero, pero tiene una mayor capacidad de carga, lo que reduce la carga sobre los cimientos. Además, la construcción de estructuras metálicas tienen un plazo de construcción corto y el 90 % de los materiales se pueden reciclar y reutilizar. Si bien la inversión inicial es mayor que la del hormigón, a largo plazo, los beneficios económicos de las estructuras de acero son mucho mayores que los de las de hormigón.

Aplicaciones de la estructura metálica en diferentes industrias

Las estructuras metálicas se utilizan en diversas industrias, como talleres, almacenes, puentes, gimnasios, centros comerciales de varias plantas y rascacielos. Soportan equipos pesados ​​en talleres o en el ámbito industrial. En el ámbito de las infraestructuras, las estructuras de acero proporcionan a los puentes una durabilidad superior y resistencia sísmica. Las estructuras metálicas permiten grandes luces y distribuciones flexibles en gimnasios y edificios comerciales. Además, pueden mejorar la eficiencia de la construcción y la vida útil de los edificios de gran altura.

Tipos de estructuras metálicas

1. Estructura de marco rígido

La estructura de armazón rígido es uno de los principales tipos estructurales. Es ligera, altamente fiable y resistente a vibraciones acústicas (choques) e impactos. Se utiliza ampliamente en edificios de varias plantas. Esta estructura consta de numerosas vigas y columnas que soportan toda la carga de la vivienda. En edificios civiles de gran altura y plantas industriales de varias plantas, los muros de ladrillo ya no soportan cargas pesadas, por lo que se suelen utilizar armazones como estructuras portantes. Los armazones rígidos tienen una gran capacidad portante y se mantienen estables ante cargas de viento y terremotos.

2. Pórtico de acero:

El pórtico de acero de una sola capa con una conexión rígida entre columnas y vigas de acero. Se utiliza principalmente en edificios de gran envergadura, como talleres industriales, almacenes, hangares y gimnasios. El pórtico utiliza acero con forma de H, con correas y sistemas de arriostramiento, para formar un sistema estructural estable con una estructura simple, peso ligero, resistencia adecuada y una construcción práctica.

3. Cercha de acero

La cercha de acero aprovecha la estabilidad del triángulo y se compone del cordón superior, el cordón inferior y el alma. Gracias a la disposición racional de las varillas, se logra una mayor capacidad portante con menos material. Esta estructura se utiliza a menudo en edificios de grandes luces, como puentes y cubiertas, como estadios y cubiertas de terminales, y suele estar compuesta por cerchas tubulares de gran luz. La estructura de cercha es ligera y distribuye eficazmente la carga, reduciendo la presión de la estructura sobre la cimentación, lo que reduce los costos de construcción de materiales y cimentaciones.

4. Marco de refuerzo:

El marco de arriostramiento generalmente consta de un marco y un arriostramiento, que soportan conjuntamente fuerzas verticales y horizontales. Esta estructura puede resistir eficazmente cargas de viento y terremotos, mejorando así su estabilidad. Los tipos de arriostramiento más comunes incluyen los arriostramientos en forma de X, K y V, que se caracterizan por su diseño flexible y resistencia lateral.

Etapa de diseño: Planificación de la estructura metálica

Ingeniería estructural y consideraciones de carga

Durante la etapa de diseño de la estructura metálica, los ingenieros utilizan cálculos y análisis de modelos para garantizar que el edificio pueda soportar diversas cargas externas, como cargas estáticas, estáticas, viento, nieve y terremotos. Distribuyen las cargas de forma adecuada para garantizar la seguridad y estabilidad de la estructura bajo tensión. Además, se debe considerar la resistencia a altas temperaturas y a la corrosión de la estructura para prolongar su vida útil y reducir los costos de mantenimiento posterior.

Seleccione el grado y la sección de acero correctos.

Durante el diseño, se debe seleccionar el grado de acero adecuado según las especificaciones del edificio. La estructura metálica utiliza principalmente Q355B, un acero estructural de baja aleación y alta resistencia, para garantizar su durabilidad. Además, las especificaciones de la sección transversal del acero también afectan directamente el rendimiento de la estructura bajo tensión. La estructura en forma de cajón tiene una mayor resistencia a la deformación que el acero en forma de H/I para luces y edificios de gran altura, por lo que ofrece mayor resistencia y estabilidad.

Comprenda la trayectoria de carga y la distribución de tensiones.

La estabilidad de la estructura metálica depende del diseño de la trayectoria de carga. Es decir, la carga que actúa sobre el edificio se transfiere a la cimentación. Los ingenieros deben analizar la tensión de la estructura para garantizar que se distribuya uniformemente entre columnas, vigas, soportes y cimentaciones, evitando así la concentración de tensiones y daños a la estructura. Además, el análisis de la distribución de tensiones permite optimizar los métodos de conexión de los nodos, como la soldadura y el atornillado, para mejorar la estabilidad de la estructura general.

Selección de materiales para estructuras metálicas: acero laminado en caliente y acero doblado en frío

El acero se divide principalmente en dos tipos: acero laminado en caliente y acero doblado en frío. El acero laminado en caliente se fabrica mediante el laminado de palanquillas de acero a altas temperaturas. Ofrece mayor resistencia, tenacidad y rigidez, y es adecuado para estructuras portantes, como columnas, vigas y cerchas de gran luz. El acero doblado en frío se refiere a perfiles fabricados con fleje de acero y procesados ​​mediante presión a temperatura ambiente. También conocido como acero de pared delgada, es un tipo de acero estructural ligero para edificios, como correas de techo y vigas de muro. La elección del acero depende de las necesidades del proyecto. El acero laminado en caliente es la primera opción para edificios de grandes luces y alta carga, mientras que el acero doblado en frío ofrece mayores ventajas para edificios ligeros con cargas bajas.

Conclusión

Las estructuras metálicas desempeñan un papel insustituible en la edificación moderna. Pueden proporcionar una capacidad portante y durabilidad superiores para edificios de gran altura, naves industriales, puentes o estadios. Las estructuras metálicas pueden satisfacer necesidades de edificación complejas mediante un diseño razonable, una fabricación precisa y una tecnología de construcción de alta calidad.