As estruturas de aço de grandes vãos desempenham um papel cada vez mais importante na arquitetura e engenharia modernas. Elas utilizam aço de alta resistência como estrutura e são construídas com métodos eficientes de conexão e montagem. O objetivo final é simplificar a necessidade de grandes espaços, alcançando volumes espaciais de grande escala com poucas ou nenhuma coluna, considerando simultaneamente estética, durabilidade e economia.
O que é uma estrutura de aço de grande vão?
De modo geral, quando o vão de uma estrutura espacial excede 20 a 30 metros e o aço é utilizado como principal sistema de suporte de carga, independentemente de sua forma (vigas de aço, arcos de aço, treliças de aço ou pórticos espaciais de aço), ela pode ser classificada como uma estrutura de aço de grande vão.
Embora as normas de engenharia e as especificações de projeto específicas possam variar, suas características principais permanecem consistentes:
- Em primeiro lugar, o aço é o principal material estrutural;
- Em segundo lugar, essas estruturas minimizam os suportes intermediários para maximizar a cobertura espacial.
- Além disso, as estruturas de aço de grande vão reduzem eficazmente o impacto do seu próprio peso no espaço subjacente, mantendo a flexibilidade no layout e na possibilidade de modificação.
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Por que escolher edifícios com estrutura de aço de grande vão?
A escolha de estruturas de aço de grande vão decorre principalmente das vantagens combinadas de seus materiais e forma estrutural. Essas vantagens se refletem especificamente nos seguintes aspectos:
- Propriedades materiais superiores
O aço oferece uma excelente relação resistência/peso. Isso significa que, para o mesmo peso, sua resistência e capacidade de carga são significativamente maiores do que as de materiais tradicionais como o concreto. Essa característica torna as estruturas de aço leves, permitindo grandes vãos e reduzindo efetivamente as necessidades de fundação. Além disso, o aço possui boa plasticidade e reciclabilidade, facilitando a pré-fabricação em fábrica e estando em consonância com os princípios do desenvolvimento sustentável e ecológico.
- Construção Rápida e Eficiente
A maioria dos componentes de aço é pré-fabricada em fábricas e depois transportada para o local da obra para montagem. Utilizando métodos como parafusos ou soldagem, a construção avança rapidamente. Essa abordagem reduz significativamente os prazos do projeto e o trabalho no canteiro de obras.
- Design de Espaços Altamente Flexível
O principal objetivo das estruturas de grande vão é criar espaços abertos e sem colunas. A alta resistência e flexibilidade das estruturas de aço facilitam enormemente a livre divisão dos espaços internos. As estruturas de aço tornam isso possível, permitindo ainda futuras modificações com facilidade. Seja para reorganizar o layout interno, adicionar arquibancadas ou instalar passarelas, os ajustes podem ser feitos de forma flexível e eficiente.
Tipos comuns de estruturas de aço de grande vão
As estruturas de aço de grande vão alcançam, principalmente, amplos espaços livres de colunas por meio de diversas formas clássicas. Cada uma possui características próprias e é adequada para diferentes cenários.
- Estruturas de treliça
A treliça em uma estrutura treliçada refere-se a uma viga treliçada, um tipo de estrutura de viga em forma de treliça. Essa estrutura consiste em elementos retos (membros diagonais da alma e cordas horizontais) conectados nos nós para formar unidades triangulares. As estruturas treliçadas são comumente usadas em edifícios públicos, como fábricas de grandes vãos, pavilhões de exposições, estádios e pontes. Como são usadas principalmente em estruturas de cobertura, as treliças também são frequentemente chamadas de treliças de telhado. Suas principais vantagens incluem um caminho claro para a transferência de carga e alta eficiência estrutural, tornando-as muito adequadas para estruturas retangulares regulares de grandes vãos. Devido à tecnologia de fabricação consolidada, a construção e a manutenção de estruturas treliçadas são relativamente simples.
- estrutura de armação espacial
Trata-se de uma estrutura espacial tridimensional composta por inúmeros elementos dispostos em uma grade. Sua excelente estabilidade geral e rigidez espacial permitem que ela se adapte a diversos planos irregulares e limites complexos. Ao mesmo tempo, possui também uma estética arquitetônica singular.
- Arcos
Através de formas curvas contínuas, as cargas são transformadas em pressão axial ao longo do eixo do arco, permitindo vãos extremamente amplos. Os arcos não apenas criam interiores espaçosos, mas suas curvas graciosas frequentemente se tornam o ponto focal visual de um edifício, além de contribuírem para a otimização da acústica e dos efeitos visuais.
- Estruturas de Cabo-Membrana
Através de formas curvas contínuas, as cargas são transformadas em pressão axial ao longo do eixo do arco, permitindo vãos extremamente amplos. Os arcos não apenas criam interiores espaçosos, mas suas curvas graciosas frequentemente se tornam o ponto focal visual de um edifício, além de contribuírem para a otimização da acústica e dos efeitos visuais. As aplicações incluem: arquitetura paisagística (coberturas de estádios), arquitetura ecológica (estufas de jardins botânicos) e estruturas temporárias (grandes pavilhões de exposições).
- Estrutura de pórtico de aço (uma opção econômica para edifícios de pequeno e médio porte)
A estrutura de pórtico de aço Consiste em uma estrutura de pórtico (vigas e colunas de aço com juntas rígidas em forma de H), um sistema de terças (perfis de aço em forma de C/Z) e um sistema de contraventamento, formando um sistema planar de suporte de carga. Sua principal vantagem reside no projeto de seção transversal variável — as seções transversais das vigas e colunas são otimizadas de acordo com as mudanças nas forças internas, permitindo uma utilização eficiente do material. A cobertura e as paredes utilizam chapas de aço perfiladas leves (peso próprio de apenas 0.1 a 0.3 kN/m²). A carga da fundação é reduzida em 40% a 60% em comparação com estruturas de concreto.
Estruturas de treliça -
Arcos -
Estruturas de Cabo-Membrana -
Estrutura de pórtico de aço
Principais considerações de design
Na prática, esses sistemas são frequentemente combinados para desenvolver uma estrutura espacial ideal, adaptada às necessidades específicas de cada projeto. À medida que o vão aumenta, a complexidade do projeto das juntas também aumenta significativamente. Portanto, alcançar um equilíbrio ideal entre resistência estrutural, rigidez e viabilidade de fabricação continua sendo crucial para o sucesso do projeto de estruturas de aço de grandes vãos.
A história do desenvolvimento de edifícios com estruturas metálicas de grandes vãos
A Roma Antiga tinha edifícios de grandes vãos (como os edifícios romanos antigos). Edifícios estruturais de grande vão nos tempos modernos alcançou grandes conquistas. Por exemplo, o pavilhão de máquinas da Exposição Mundial de Paris em 1889 utilizou uma estrutura de aço em arco com três dobradiças e um vão de 115 metros.
No início do século XX, o progresso dos materiais metálicos e o desenvolvimento da tecnologia do concreto armado promoveram o surgimento de muitas novas formas estruturais de edifícios de grandes vãos.
Por exemplo, o Salão Centenário, construído em Breslau, na Polónia, entre 1912 e 1913, utiliza uma cúpula de betão armado com um diâmetro de 65 metros e uma área de cobertura de 5,300 metros quadrados. Após a Segunda Guerra Mundial, os edifícios de grandes vãos sofreram novos desenvolvimentos, com os países europeus, os Estados Unidos e o México a desenvolverem-se mais rapidamente.
O grande vão edifícios de estrutura de aço deste período utilizou amplamente vários materiais leves de alta resistência (como ligas de aço, vidro especial) e materiais químicos sintéticos, que reduziram o peso da estrutura de grande vão e permitiram o aparecimento contínuo de novas estruturas espaciais e a crescente cobertura de a área.
O Ccaracterísticas de Large Spanela STeel Sestrutura Buildings
- Aumento da diversificação e complexidade das formas estruturais.
- O vão estrutural está ficando cada vez maior, o tipo de aço está cada vez mais alto, a espessura da placa de aço está ficando cada vez mais espessa.
- Estilos de conexão complexos e diversos.
- O número de componentes e tipos de secções está a aumentar, tornando cada vez mais difícil o aprofundamento do dimensionamento.
- Alta necessidade de precisão de usinagem.
Custo de estruturas de aço de grande vão
O custo de estruturas de aço de grande vão não é um preço fixo. Ele varia muito dependendo de fatores como matéria-prima, tipo de estrutura e condições de construção. Por exemplo:
- Dimensões: Em geral, quanto maior a área construída, menor o custo por unidade de área; quanto maior a altura do edifício, maiores as exigências quanto à capacidade de carga e estabilidade estrutural, e maior o custo.
- Qualidade do material: O aço também é um fator crucial que afeta o custo. O aço estrutural comum de carbono é relativamente barato, enquanto o aço de alta resistência e alta qualidade é mais caro. Além disso, o uso de revestimentos protetores de alta qualidade na estrutura da carcaça também aumenta os custos.
- Complexidade do projeto: Para estruturas metálicas de pórtico em geral, dentro de uma faixa de vãos razoável, a viabilidade econômica pode ser equilibrada por meio do projeto estrutural. Projetos complexos aumentarão os custos.
- Localização geográfica: Os custos variam em diferentes regiões devido às diferenças nos custos de mão de obra, custos de transporte e condições de mercado. Os custos em áreas economicamente desenvolvidas podem ser de 10% a 30% mais altos do que em áreas menos desenvolvidas.
- Tecnologia de construção: Tecnologias de construção avançadas podem aumentar os custos, mas também melhoram a eficiência e a vida útil.
- Localização e Logística: A logística também é um fator de custo significativo. Se o projeto estiver localizado em uma área relativamente remota, o custo do frete marítimo aumentará. Além disso, os custos do frete marítimo também flutuam com as mudanças no cenário econômico.
Leitura adicional: Planos e especificações de construção de aço
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At k-homeOferecemos dois sistemas principais de estruturas de aço: estruturas de pórtico e estruturas de pórtico. K-HomeA equipe de engenharia da [Nome da Empresa] realiza avaliações abrangentes das necessidades específicas de cada projeto, considerando requisitos de carga, requisitos funcionais e controle orçamentário, para recomendar a solução de estrutura metálica mais adequada para nossos clientes. Nossos sistemas de estrutura metálica passam por cálculos rigorosos e testes físicos para garantir que cada edifício atinja sua vida útil projetada.
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