Notizie - Struttura in acciaio: un sistema strutturale chiave nell'ingegneria moderna

Nell'architettura contemporanea, nei trasporti, nell'industria e nell'ingegneria energetica,struttura in acciaio, con i suoi duplici vantaggi sia in termini di materiale che di struttura, è diventato un motore fondamentale dell'innovazione nella tecnologia ingegneristica. 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 della struttura in acciaio - CHINA ROYAL STEEL

Definizione e natura della struttura in acciaio
La struttura in acciaio si riferisce a un sistema strutturale portante composto dapiastre d'acciaio, profilati in acciaio (Travi a H, Canali U, acciaio angolare, ecc.) e tubi in acciaio, fissati tramite saldatura, bulloni ad alta resistenza o rivetti. La sua essenza è sfruttare l'elevata resistenza e tenacità dell'acciaio per trasferire uniformemente i carichi verticali (peso morto e peso delle attrezzature) e i carichi 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 a trazione può superare i 345 MPa, oltre 10 volte quella del calcestruzzo ordinario; e la loro eccellente plasticità consente loro di deformarsi sotto carico senza rompersi, offrendo una doppia garanzia di sicurezza strutturale. Questa caratteristica le rende insostituibili in scenari con grandi luci, grattacieli e carichi pesanti.

Principali tipi di strutture in acciaio

(I) Classificazione per forma strutturale
Struttura a telaio a portale: questa struttura, composta da pilastri e travi, forma una struttura a forma di "porta", abbinata 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 Asia No. 1 Logistics Park di JD.com utilizzano principalmente questo tipo di struttura.
Struttura a capriate: questa struttura è costituita da aste dritte collegate da nodi per formare una geometria triangolare o trapezoidale. Le aste sono soggette solo a forze assiali, sfruttando appieno la resistenza dell'acciaio. Le strutture a capriate sono comunemente utilizzate nelle coperture degli stadi e nelle campate principali dei ponti. Ad esempio, la ristrutturazione dello Stadio dei Lavoratori di Pechino ha utilizzato una struttura a capriate per ottenere una campata libera da pilastri di 120 metri.
Strutture a telaio: un sistema spaziale formato da travi e colonne collegate rigidamente offre planimetrie flessibili e rappresenta la scelta più diffusa per edifici per uffici e hotel di grandi dimensioni.
Strutture a griglia: una griglia spaziale composta da più elementi, spesso con nodi regolari triangolari e quadrati, offre una solida integrità e un'eccellente resistenza ai terremoti. Sono ampiamente utilizzate nei terminal aeroportuali e nei centri congressi.

(II) Classificazione in base alle caratteristiche del carico
Elementi flessionali: rappresentati da travi, questi elementi sopportano momenti flettenti, con compressione in alto e trazione in basso. Spesso utilizzano sezioni ad H o sezioni scatolari saldate, come le travi delle gru negli impianti industriali, e devono soddisfare requisiti sia di resistenza che di resistenza a fatica.
Elementi caricati assialmente: questi elementi sono soggetti solo a trazione/compressione assiale, come i tiranti delle capriate e gli elementi reticolari. I tiranti sono progettati per garantire resistenza, mentre le barre di compressione richiedono stabilità. In genere vengono utilizzati tubi circolari o profilati angolari in acciaio. Componenti caricati eccentricamente: questi sono soggetti sia a forze assiali che a momenti flettenti, come le colonne del telaio. 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.

Vantaggi principali delle strutture in acciaio
(I) Eccellenti proprietà meccaniche
Elevata resistenza e peso ridotto sono i vantaggi più significativi delle strutture in acciaio. Per una determinata campata, il peso proprio di una trave in acciaio è solo 1/3-1/5 di quello di una trave in calcestruzzo. Ad esempio, una capriata in acciaio con 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 di fondazione (del 20%-30%), ma mitiga 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 durevolezza
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 di strutture in acciaio a Chengdu ha subito solo lievi deformazioni e non ha rischiato alcun crollo. Inoltre, dopo il trattamento anticorrosione (zincatura e rivestimento), l'acciaio può avere una durata di vita di 50-100 anni, con costi di manutenzione molto inferiori rispetto alle strutture in calcestruzzo.
(IV) Tutela 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, richiedendo un minimo di interventi a umido in loco e riducendo le emissioni di polvere di oltre il 60% rispetto alle strutture in calcestruzzo, in linea con i principi dell'edilizia sostenibile. Ad esempio, dopo lo smantellamento dell'Ice Cube per le Olimpiadi invernali di Pechino del 2022, alcuni componenti sono stati riutilizzati in altri progetti, ottenendo così il riciclo delle risorse.

Ampia applicazione delle strutture in acciaio
(I) Costruzione
Edifici pubblici: stadi, aeroporti, centri congressi ed esposizioni, ecc., si affidano a strutture in acciaio per ottenere grandi campate e progetti spaziosi.
Edifici residenziali: le residenze prefabbricate con struttura in acciaio stanno diventando sempre più popolari e possono soddisfare esigenze abitative personalizzate.
Edifici commerciali: edifici per uffici e centri commerciali di grandi dimensioni, che utilizzano strutture in acciaio per realizzare progetti complessi e una costruzione efficiente.
(II) Trasporti
Ingegneria dei ponti: ponti transoceanici e ponti ferroviari. I ponti in acciaio offrono ampie luci 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: stabilimenti di macchinari pesanti e impianti metallurgici. Le strutture in acciaio possono sopportare i carichi di grandi attrezzature e facilitarne le successive modifiche.
Magazzini: magazzini a catena del freddo e centri logistici. Le strutture a portale soddisfano i requisiti di stoccaggio di grandi dimensioni e sono rapide da costruire e mettere in funzione.
(IV) Energia
Impianti energetici: edifici principali delle centrali termoelettriche e torri di trasmissione. Le strutture in acciaio sono adatte a carichi elevati e ambienti esterni difficili. Nuova energia: torri per turbine eoliche e sistemi di montaggio fotovoltaici sono caratterizzati da strutture in acciaio leggere per un facile trasporto e installazione, a supporto dello sviluppo di energie pulite.