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

Na arquitetura contemporânea, transporte, indústria e engenharia energética,estrutura de aço, com suas vantagens duplas, tanto em material quanto em estrutura, tornou-se uma força motriz fundamental para a inovação em tecnologia de engenharia. Utilizando o aço como principal material de suporte de carga, ele transcende as limitações das estruturas tradicionais por meio da produção industrializada e instalação modular, fornecendo 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
Estrutura de aço refere-se a um sistema estrutural de suporte de carga composto porplacas de aço, perfis de aço (Vigas H, Canais U, ângulo de aço, etc.) e tubos de aço, fixados por meio de soldagem, parafusos de alta resistência ou rebites. Sua essência é alavancar a alta resistência e tenacidade do aço para transferir uniformemente cargas verticais (peso próprio e peso do equipamento) 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 de entrada: Esta estrutura, composta por colunas e vigas, forma uma estrutura em forma de "porta de entrada", 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 excedendo 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 Ásia da JD.com utilizam principalmente esse tipo de estrutura.
Estrutura de Treliça: Esta estrutura consiste em barras retas conectadas por nós para formar uma geometria triangular ou trapezoidal. As barras são submetidas apenas a forças axiais, utilizando totalmente a resistência do aço. Estruturas de treliça são comumente usadas em coberturas de estádios e vãos principais de pontes. Por exemplo, a reforma do Estádio dos Trabalhadores de Pequim utilizou uma estrutura de treliça para alcançar um vão livre de colunas de 120 metros.
Estruturas de pórticos: um sistema espacial formado por vigas e colunas rigidamente conectadas oferece plantas flexíveis e é a escolha principal para edifícios comerciais altos e hotéis.
Estruturas de grade: uma grade espacial composta por múltiplos membros, geralmente com nós triangulares e quadrados regulares, oferece forte integridade e excelente resistência a terremotos. São amplamente utilizadas em terminais de aeroportos e centros de convenções.

(II) Classificação por Características de Carga
Elementos de flexão: representados por vigas, esses elementos suportam momentos fletores, com compressão na parte superior e tração na parte inferior. Frequentemente, utilizam perfis H ou perfis de caixa soldados, como vigas de guindastes em plantas industriais, e devem atender aos requisitos de resistência à fadiga e à tração.
Elementos carregados axialmente: Estes elementos estão sujeitos apenas à tração/compressão axial, como tirantes de treliça e elementos de grade. Os tirantes são projetados para resistência, enquanto os de compressão exigem estabilidade. Tubos circulares ou perfis de aço em ângulo são normalmente utilizados. Componentes carregados excentricamente: Estes são submetidos a forças axiais e momentos fletores, como colunas de pórtico. Devido à excentricidade da carga nas extremidades da viga, seções transversais simétricas (como colunas tipo caixa) são necessárias para equilibrar as forças e deformações.

Principais vantagens das estruturas de aço
(I) Excelentes Propriedades Mecânicas
Alta resistência e baixo peso são as vantagens mais significativas das estruturas de aço. Para um determinado vão, o peso próprio de uma viga de aço é de 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/m², enquanto uma viga de concreto pesa mais de 200 kg/m². Isso não apenas reduz os custos de fundação (em 20% a 30%), mas 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 comercial de aço de 10 andares leva apenas 6 a 8 meses da produção dos componentes até a 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 atingiu uma velocidade de construção de "um andar a cada sete dias", reduzindo significativamente os custos de mão de obra no local.
(III) Forte resistência e durabilidade a terremotos
A tenacidade do aço permite que as estruturas de aço dissipem energia por meio de deformação durante terremotos. Por exemplo, durante o terremoto de Wenchuan em 2008, uma fábrica de estruturas de aço em Chengdu sofreu apenas uma pequena deformação e nenhum risco de colapso. Além disso, após o tratamento anticorrosivo (galvanização e revestimento), o aço pode ter uma vida útil de 50 a 100 anos, com custos de manutenção muito inferiores aos das estruturas de concreto.
(IV) Proteção Ambiental e Sustentabilidade
As taxas de reciclagem do aço ultrapassam 90%, permitindo sua refusão e processamento após a demolição, eliminando a poluição por resíduos da construção. Além disso, a construção em aço dispensa fôrmas ou manutenção, exigindo o mínimo de trabalho com água no local e reduzindo as emissões de poeira em mais de 60% em comparação com estruturas de concreto, em linha com os princípios da construção sustentável. Por exemplo, após o desmantelamento do complexo Ice Cube para os Jogos Olímpicos de Inverno de Pequim 2022, alguns componentes foram reutilizados em outros projetos, alcançando a reciclagem de recursos.

Aplicação generalizada de estruturas de aço
(I) Construção
Edifícios públicos: estádios, aeroportos, centros de convenções e exposições, etc., contam com estruturas de aço para alcançar grandes vãos e projetos espaçosos.
Edifícios residenciais: Residências pré-fabricadas com estrutura de aço estão se tornando cada vez mais populares e podem atender a requisitos de moradia personalizados.
Edifícios comerciais: Prédios de escritórios e shoppings superaltos que utilizam estruturas de aço para criar projetos complexos e construções eficientes.
(II) Transporte
Engenharia de pontes: pontes transoceânicas e ferroviárias. Pontes de aço oferecem grandes vãos e forte resistência a ventos e terremotos.
Transporte ferroviário: coberturas de estações de metrô e vigas de trilhos de trem leve.
(III) Industrial
Plantas industriais: plantas de máquinas pesadas e plantas metalúrgicas. Estruturas de aço podem suportar as cargas de equipamentos de grande porte e facilitar modificações subsequentes nos equipamentos.
Instalações de armazenagem: Armazéns de cadeia fria e centros logísticos. Estruturas de pórtico atendem aos requisitos de armazenagem de grandes vãos e são rápidas de construir e comissionar.
(IV) Energia
Instalações de energia: Prédios principais de usinas termelétricas e torres de transmissão. Estruturas de aço são adequadas para altas cargas e ambientes externos adversos. Novas Energias: Torres de turbinas eólicas e sistemas de montagem fotovoltaicos apresentam estruturas de aço leves para fácil transporte e instalação, apoiando o desenvolvimento de energia limpa.