Notizie - Strutture in acciaio: un sistema strutturale fondamentale nell'ingegneria moderna

Nell'architettura contemporanea, nei trasporti, nell'industria e nell'ingegneria energetica,struttura in acciaioGrazie ai suoi doppi vantaggi sia in termini di materiale che di struttura, l'acciaio è diventato una forza trainante dell'innovazione nell'ingegneria. Utilizzando l'acciaio come materiale portante principale, supera i limiti delle strutture tradizionali attraverso la produzione industrializzata e l'installazione modulare, fornendo soluzioni efficienti per un'ampia gamma di progetti complessi.

Vantaggi e svantaggi delle strutture in acciaio - CHINA ROYAL STEEL

Definizione e natura delle strutture in acciaio
La struttura in acciaio si riferisce a un sistema strutturale portante composto daLastre di acciaiosezioni in acciaio (Fasce H, canali a U, acciaio angolare, ecc.), e tubi d'acciaio, fissati tramite saldatura, bulloni ad alta resistenza o rivetti. La sua essenza consiste nello sfruttare l'elevata resistenza e tenacità dell'acciaio per trasferire uniformemente i carichi verticali (peso proprio e peso delle attrezzature) e orizzontali (vento e terremoti) da un edificio o progetto alle sue fondamenta, garantendo la stabilità strutturale. Rispetto alle strutture in calcestruzzo, il vantaggio principale delle strutture in acciaio risiede nelle loro proprietà meccaniche: la loro resistenza alla trazione può raggiungere oltre 345 MPa, più di 10 volte quella del calcestruzzo ordinario; e la loro eccellente plasticità consente loro di deformarsi sotto carico senza rompersi, fornendo una doppia garanzia di sicurezza strutturale. Questa caratteristica le rende insostituibili in scenari di grandi luci, grattacieli e carichi pesanti.

Principali tipologie di strutture in acciaio

(I) Classificazione in base alla forma strutturale
Struttura a portale: questa struttura, composta da colonne e travi, forma un telaio a forma di "portale", accoppiato a un sistema di supporto. È adatta per impianti industriali, magazzini logistici, supermercati e altre strutture. Le campate comuni variano da 15 a 30 metri, con alcune che superano i 40 metri. I componenti possono essere prefabbricati in fabbrica, consentendo l'installazione in loco in soli 15-30 giorni. Ad esempio, i magazzini del JD.com Asia No. 1 Logistics Park utilizzano principalmente questo tipo di struttura.
Struttura reticolare: questa struttura è composta da aste dritte collegate da nodi a formare una geometria triangolare o trapezoidale. Le aste sono soggette solo a forze assiali, sfruttando appieno la resistenza dell'acciaio. Le strutture reticolari sono comunemente utilizzate nelle coperture degli stadi e nelle campate principali dei ponti. Ad esempio, la ristrutturazione dello Stadio dei Lavoratori di Pechino ha impiegato una struttura reticolare per ottenere una campata di 120 metri senza colonne.
Strutture a telaio: un sistema spaziale formato da travi e colonne rigidamente collegate tra loro, che offre planimetrie flessibili ed è la scelta più diffusa per edifici adibiti a uffici e hotel di grandi dimensioni.
Strutture a griglia: una griglia spaziale composta da più elementi, spesso con nodi regolari di forma triangolare e quadrata, offre elevata integrità strutturale ed eccellente resistenza ai terremoti. Sono ampiamente utilizzate nei terminal aeroportuali e nei centri congressi.

(II) Classificazione in base alle caratteristiche di carico
Elementi flessionali: Rappresentati da travi, questi elementi resistono ai momenti flettenti, con compressione nella parte superiore e trazione in quella inferiore. Spesso utilizzano profilati a H o a sezione scatolare saldata, come le travi delle gru negli impianti industriali, e devono soddisfare requisiti sia di resistenza che di resistenza alla fatica.
Elementi caricati assialmente: questi elementi sono soggetti solo a trazione/compressione assiale, come ad esempio i tiranti delle travature reticolari e gli elementi delle griglie. I tiranti sono progettati per la resistenza, mentre le barre di compressione richiedono stabilità. In genere si utilizzano tubi circolari o profilati angolari in acciaio. Componenti caricati eccentricamente: questi sono soggetti sia a forze assiali che a momenti flettenti, come ad esempio le colonne dei telai. A causa dell'eccentricità del carico alle estremità delle travi, sono necessarie sezioni trasversali simmetriche (come le colonne a cassone) per bilanciare le forze e le deformazioni.

Principali vantaggi delle strutture in acciaio
(I) Eccellenti proprietà meccaniche
L'elevata resistenza e il peso ridotto sono i vantaggi più significativi delle strutture in acciaio. A parità di campata, il peso proprio di una trave in acciaio è solo da 1/3 a 1/5 di quello di una trave in calcestruzzo. Ad esempio, una travatura reticolare in acciaio con una campata di 30 metri pesa circa 50 kg/m, mentre una trave in calcestruzzo pesa oltre 200 kg/m. Questo non solo riduce i costi delle fondazioni (del 20%-30%), ma attenua anche gli effetti sismici, migliorando la sicurezza sismica della struttura.
(II) Elevata efficienza costruttiva
Oltre il 90% dei componenti delle strutture in acciaio è prefabbricato in fabbrica con precisione millimetrica. L'installazione in loco richiede solo il sollevamento e il collegamento. Ad esempio, un edificio per uffici in acciaio di 10 piani richiede solo 6-8 mesi dalla produzione dei componenti al completamento, con una riduzione del 40% dei tempi di costruzione rispetto a una struttura in calcestruzzo. Ad esempio, un progetto residenziale prefabbricato in acciaio a Shenzhen ha raggiunto una velocità di costruzione di "un piano ogni sette giorni", riducendo significativamente i costi di manodopera in loco.
(III) Forte resistenza ai terremoti e durabilità
La tenacità dell'acciaio consente alle strutture in acciaio di dissipare energia attraverso la deformazione durante i terremoti. Ad esempio, durante il terremoto di Wenchuan del 2008, una fabbrica con struttura in acciaio a Chengdu ha subito solo lievi deformazioni e nessun rischio di crollo. Inoltre, dopo un trattamento anticorrosione (zincatura e rivestimento), l'acciaio può avere una durata di 50-100 anni, con costi di manutenzione di gran lunga inferiori rispetto alle strutture in cemento armato.
(IV) Protezione ambientale e sostenibilità
I tassi di riciclo dell'acciaio superano il 90%, consentendone la rifusione e la lavorazione dopo la demolizione, eliminando l'inquinamento da rifiuti edili. Inoltre, le costruzioni in acciaio non richiedono casseforme né manutenzione, riducendo al minimo i lavori in loco a umido e diminuendo le emissioni di polveri di oltre il 60% rispetto alle strutture in cemento, in linea con i principi dell'edilizia sostenibile. Ad esempio, dopo lo smantellamento della struttura Ice Cube per le Olimpiadi invernali di Pechino del 2022, alcuni componenti sono stati riutilizzati in altri progetti, realizzando così un riciclo delle risorse.

Ampia applicazione delle strutture in acciaio
(I) Costruzione
Gli edifici pubblici, come stadi, aeroporti, centri congressi e fieristici, si affidano alle strutture in acciaio per realizzare ampie campate e progetti spaziosi.
Edifici residenziali: le abitazioni prefabbricate con struttura in acciaio stanno diventando sempre più popolari e possono soddisfare esigenze abitative personalizzate.
Edifici commerciali: grattacieli adibiti a uffici e centri commerciali, che utilizzano strutture in acciaio per realizzare progetti complessi e una costruzione efficiente.
(II) Trasporti
Ingegneria dei ponti: ponti marittimi e ponti ferroviari. I ponti in acciaio offrono grandi campate e un'elevata resistenza al vento e ai terremoti.
Trasporto ferroviario: pensiline delle stazioni della metropolitana e travi dei binari della metropolitana leggera.
(III) Industrial
Impianti industriali: impianti di macchinari pesanti e impianti metallurgici. Le strutture in acciaio possono sopportare i carichi di macchinari di grandi dimensioni e facilitare le successive modifiche alle apparecchiature.
Magazzini: magazzini frigoriferi e centri logistici. Le strutture a telaio portale soddisfano i requisiti di stoccaggio a grande campata e sono veloci da costruire e mettere in funzione.
(IV) Energia
Impianti energetici: edifici principali e torri di trasmissione delle centrali termoelettriche. Le strutture in acciaio sono adatte a carichi elevati e ad ambienti esterni difficili. Nuove energie: le torri delle turbine eoliche e i sistemi di montaggio fotovoltaici presentano strutture in acciaio leggero per facilitare il trasporto e l'installazione, supportando lo sviluppo delle energie pulite.