Notícias - Estrutura de aço: um sistema estrutural fundamental na engenharia moderna

Na arquitetura contemporânea, nos transportes, na indústria e na engenharia energética,estrutura de açoCom suas vantagens duplas em termos de material e estrutura, o concreto armado tornou-se uma força motriz fundamental para a inovação em tecnologia de engenharia. Utilizando o aço como principal material de sustentação, ele transcende as limitações das estruturas tradicionais por meio da produção industrializada e da instalação modular, proporcionando soluções eficientes para uma ampla gama de projetos complexos.

Vantagens e Desvantagens da Estrutura de Aço - CHINA ROYAL STEEL

Definição e natureza da estrutura de aço
A estrutura de aço refere-se a um sistema estrutural de suporte de carga composto porchapas de aço, seções de aço (Vigas H, Canais U, aço angular, etc.), e tubos de aço, fixados por soldagem, parafusos de alta resistência ou rebites. Sua essência é aproveitar a alta resistência e tenacidade do aço para transferir uniformemente as cargas verticais (peso próprio e peso dos equipamentos) e horizontais (vento e terremotos) de um edifício ou projeto para sua fundação, garantindo a estabilidade estrutural. Comparadas às estruturas de concreto, a principal vantagem das estruturas de aço reside em suas propriedades mecânicas: sua resistência à tração pode atingir mais de 345 MPa, mais de 10 vezes a do concreto comum; e sua excelente plasticidade permite que se deformem sob carga sem quebrar, proporcionando uma dupla garantia de segurança estrutural. Essa característica as torna insubstituíveis em cenários de grandes vãos, arranha-céus e cargas pesadas.

Principais tipos de estruturas de aço

(I) Classificação por forma estrutural
Estrutura de pórtico tipo portal: Esta estrutura, composta por colunas e vigas, forma uma estrutura em forma de portal, acoplada a um sistema de suporte. É adequada para plantas industriais, armazéns logísticos, supermercados e outras estruturas. Os vãos comuns variam de 15 a 30 metros, com alguns ultrapassando os 40 metros. Os componentes podem ser pré-fabricados em fábricas, permitindo a instalação no local em apenas 15 a 30 dias. Por exemplo, os armazéns do Parque Logístico nº 1 da JD.com na Ásia utilizam principalmente este tipo de estrutura.
Estrutura em treliça: Esta estrutura consiste em hastes retas conectadas por nós, formando uma geometria triangular ou trapezoidal. As hastes são submetidas apenas a forças axiais, aproveitando ao máximo a resistência do aço. Estruturas em treliça são comumente utilizadas em coberturas de estádios e vãos principais de pontes. Por exemplo, a reforma do Estádio dos Trabalhadores de Pequim empregou uma estrutura em treliça para alcançar um vão livre de colunas de 120 metros.
Estruturas de pórtico: Um sistema espacial formado pela conexão rígida de vigas e colunas oferece plantas flexíveis e é a escolha mais comum para edifícios de escritórios e hotéis de grande altura.
Estruturas em grelha: Uma grelha espacial composta por múltiplos elementos, frequentemente com nós triangulares e quadrados regulares, oferece grande integridade e excelente resistência a sismos. São amplamente utilizadas em terminais aeroportuários e centros de convenções.

(II) Classificação por características de carga
Elementos fletidos: Representados por vigas, esses elementos resistem a momentos fletores, com compressão na parte superior e tração na parte inferior. Frequentemente utilizam perfis H ou perfis tubulares soldados, como vigas de ponte rolante em instalações industriais, e devem atender aos requisitos de resistência mecânica e à fadiga.
Elementos submetidos a cargas axiais: Esses elementos estão sujeitos apenas a tração/compressão axial, como tirantes de treliças e elementos de grelha. Os tirantes são projetados para resistência, enquanto as barras de compressão exigem estabilidade. Tubos circulares ou perfis de aço angulares são normalmente utilizados. Componentes submetidos a cargas excêntricas: Esses elementos estão sujeitos tanto a forças axiais quanto a momentos fletores, como colunas de pórticos. Devido à excentricidade da carga nas extremidades da viga, seções transversais simétricas (como colunas caixão) são necessárias para equilibrar as forças e as deformações.

Principais vantagens das estruturas de aço
(I) Excelentes propriedades mecânicas
A alta resistência e o baixo peso são as vantagens mais significativas das estruturas de aço. Para um determinado vão, o peso próprio de uma viga de aço é apenas 1/3 a 1/5 do de uma viga de concreto. Por exemplo, uma treliça de aço com vão de 30 metros pesa aproximadamente 50 kg/m, enquanto uma viga de concreto pesa mais de 200 kg/m. Isso não só reduz os custos de fundação (em 20% a 30%), como também atenua os efeitos sísmicos, melhorando a segurança sísmica da estrutura.
(II) Alta Eficiência de Construção
Mais de 90% dos componentes de estruturas de aço são pré-fabricados em fábricas com precisão milimétrica. A instalação no local requer apenas içamento e conexão. Por exemplo, um edifício de escritórios de aço com 10 andares leva apenas de 6 a 8 meses, da produção dos componentes à conclusão, uma redução de 40% no tempo de construção em comparação com uma estrutura de concreto. Por exemplo, um projeto residencial de aço pré-fabricado em Shenzhen alcançou uma velocidade de construção de "um andar a cada sete dias", reduzindo significativamente os custos de mão de obra no local.
(III) Forte resistência a terremotos e durabilidade
A resistência do aço permite que as estruturas metálicas dissipem energia por meio de deformação durante terremotos. Por exemplo, durante o terremoto de Wenchuan em 2008, uma fábrica com estrutura de aço em Chengdu sofreu apenas deformações mínimas e nenhum risco de colapso. Além disso, após tratamento anticorrosivo (galvanização e revestimento), o aço pode ter uma vida útil de 50 a 100 anos, com custos de manutenção muito menores do que os de estruturas de concreto.
(IV) Proteção Ambiental e Sustentabilidade
As taxas de reciclagem do aço ultrapassam os 90%, permitindo que ele seja refundido e processado após a demolição, eliminando a poluição causada pelos resíduos da construção civil. Além disso, a construção em aço não requer fôrmas nem manutenção, minimizando o trabalho com argamassa no local e reduzindo as emissões de poeira em mais de 60% em comparação com estruturas de concreto, alinhando-se aos princípios da construção sustentável. Por exemplo, após a desmontagem do Cubo de Gelo, sede dos Jogos Olímpicos de Inverno de Pequim 2022, alguns componentes foram reutilizados em outros projetos, concretizando a reciclagem de recursos.

Ampla aplicação de estruturas de aço
(I) Construção
Edifícios públicos, como estádios, aeroportos, centros de convenções e exposições, dependem de estruturas de aço para alcançar grandes vãos e projetos espaçosos.
Edifícios residenciais: As residências pré-fabricadas com estrutura de aço estão se tornando cada vez mais populares e podem atender a requisitos de moradia personalizados.
Edifícios comerciais: arranha-céus de escritórios e centros comerciais que utilizam estruturas de aço para alcançar projetos complexos e construção eficiente.
(II) Transporte
Engenharia de pontes: pontes marítimas e ferroviárias. As pontes de aço oferecem grandes vãos e alta resistência a ventos e terremotos.
Transporte ferroviário: coberturas de estações de metrô e vigas dos trilhos de trens leves.
(III) Industrial
Instalações industriais: fábricas de máquinas pesadas e plantas metalúrgicas. As estruturas de aço podem suportar as cargas de equipamentos de grande porte e facilitar modificações posteriores nos equipamentos.
Instalações de armazenagem: Armazéns frigoríficos e centros de logística. As estruturas de pórtico atendem aos requisitos de armazenamento de grandes vãos e são rápidas de construir e colocar em funcionamento.
(IV) Energia
Instalações de energia: Edifícios principais e torres de transmissão de usinas termelétricas. As estruturas de aço são adequadas para altas cargas e ambientes externos severos. Novas energias: Torres de turbinas eólicas e sistemas de montagem fotovoltaica apresentam estruturas de aço leves para facilitar o transporte e a instalação, apoiando o desenvolvimento de energia limpa.