Diseño de estructuras espaciales para armaduras de tubos de acero.

En años recientes, con el continuo crecimiento de la producción de acero en China, Las estructuras de acero se han utilizado cada vez más en los edificios debido a sus ventajas únicas.. Las estructuras de tubos de acero también han logrado importantes avances.. La mayor ventaja de las estructuras de tubos de acero es su capacidad para cumplir con los requisitos funcionales., estético, y requisitos económicos de los edificios. Las estructuras de celosía de tubos de acero son particularmente favorecidas por sus beneficios únicos..

Diseño de armaduras de tubos de acero.

1. Características mecánicas de las estructuras de armadura de tuberías

Las estructuras de celosía de tuberías se han desarrollado a partir de estructuras de rejilla.. En comparación con las estructuras de celosía espacial, Las estructuras de armadura de tuberías tienen ventajas y practicidad únicas., con un uso de acero relativamente económico. Eliminan la necesidad de miembros de cuerda inferiores y rótulas que se encuentran en estructuras de celosía espacial., haciéndolos adecuados para diversas formas arquitectónicas, especialmente arcos circulares y formas curvas arbitrarias, que son más ventajosos que las estructuras de celosía espacial. Son estables por todos lados y ahorran consumo de material..

En comparación con la sección abierta tradicional cerchas de acero (Acero en forma de H y en forma de I), El material de la sección transversal de las armaduras de tuberías se distribuye uniformemente alrededor del eje neutro., proporcionando una excelente capacidad de carga compresiva y torsional y mayor rigidez, sin necesidad de placas de nudos, simplificando la estructura.

En tono rimbombante, Las estructuras de armadura de tuberías son estéticamente agradables., fácil de moldear, y tener un efecto decorativo. Tienen buen rendimiento general., alta rigidez torsional, y son relativamente fáciles de fabricar, instalar, girar, y izar. Paredes delgadas conformadas en frío vigas de techo de acero son livianos, rígido, salvar acero, y aprovechar al máximo la resistencia del material. Son particularmente económicos en sistemas de soporte y miembros de compresión con relación de esbeltez larga controlada.. Actualmente, Los edificios que utilizan esta estructura son principalmente edificios públicos.. Esta estructura es estéticamente agradable. (se puede hacer plano, arqueado, o en cualquier forma curva), fácil de fabricar e instalar, estructuralmente estable, tiene una gran rigidez del techo, y buenos beneficios económicos.

2. Cálculo estructural de estructuras de armadura de tuberías

2.1 Reglas básicas de diseño

La altura de una armadura tridimensional puede ser 1/12 a 1/16 del lapso. El espesor del arco de un arco tridimensional puede ser 1/20 a 1/30 del lapso, y la altura del arco puede ser 1/3 a 1/6 del lapso. El ángulo entre la cuerda (tubería principal) y la web (tubo de soporte), y entre las dos redes (tubos de soporte), no debe ser menor que 30 grados. Para cerchas tridimensionales de gran luz (generalmente no menos de 30 m en estructuras de acero), se puede considerar la curvatura, con un valor de comba que no exceda 1/300 del tramo de la armadura (generalmente 1/500). En este momento, la fuerza interna de los miembros cambia poco, y el diseño no se puede calcular usando el arco. Bajo cargas muertas y cargas vivas estándar, la deflexión máxima de las estructuras de armadura de tuberías no debe exceder 1/250 del corto lapso, y los voladizos no deben exceder 1/125 del lapso. La deflexión máxima de las estructuras del techo con equipos de elevación suspendidos no debe exceder 1/400 de la luz estructural. Cuando solo mejora la apariencia., La deflexión máxima bajo cargas muertas estándar y cargas vivas se puede tomar como la deflexión menos el valor de abombamiento..

2.2 Principios generales de cálculo

Calcule las fuerzas internas y los desplazamientos de estructuras de armadura de tuberías bajo cargas de gravedad y cargas de viento., y calcular los desplazamientos y fuerzas internas bajo condiciones sísmicas., cambios de temperatura, acuerdo de apoyo, y cargas de instalación de construcción según condiciones específicas. Utilizando la teoría elástica de los sistemas de barras espaciales y el método de los elementos finitos., Se pueden calcular las fuerzas internas y los desplazamientos de los sistemas de barras espaciales.. El diseño no sísmico debe calcular los efectos de acción y las combinaciones de acciones de acuerdo con la norma nacional vigente. “Código de carga de estructura de edificio” y determinar los valores de diseño de la fuerza interna de acuerdo con los efectos básicos de combinación de secciones de miembros y diseños de nodos. Para diseño sísmico, Los efectos de la combinación sísmica deben calcularse de acuerdo con la norma nacional vigente. “Código para Diseño Sísmico de Edificaciones”. En cálculos de desplazamiento, La deflexión debe determinarse en función del impacto estándar de función combinada. (sin multiplicar el coeficiente parcial de carga). Al analizar armaduras de tuberías, si la relación entre la longitud del segmento del miembro y la altura de la sección (o diámetro) es menos que 12 (tubería principal) y 24 (tubo de soporte), Se puede suponer que los nodos están articulados.. Según el principio de equivalencia estática, Las cargas externas se pueden concentrar en los nodos dentro del área de control del nodo.. Cuando un miembro soporta cargas locales, la tensión de flexión local debe considerarse por separado. En análisis estructural, Se debe considerar la interacción entre la estructura de rejilla espacial superior y la estructura de soporte inferior..

2.3 Cálculo estático

Las estructuras de armadura de tuberías deben diseñarse con miembros de sección mediante cálculos de desplazamiento y fuerza interna.. Si las secciones de miembros necesitan ajuste, Deben rediseñarse para cumplir con los requisitos de diseño.. Después de completar el diseño, el refuerzo no debe ser reemplazado. Si es necesario el reemplazo debido a dificultades materiales, debe recalcularse y cumplir con los requisitos de diseño. Se deben evitar cambios en las secciones de los miembros después de completar el diseño a menos que sea absolutamente necesario debido a problemas de disponibilidad de materiales.. Si ocurren cambios, La estructura debe recalcularse para garantizar el cumplimiento de los requisitos de diseño..

3. Consideraciones de diseño para estructuras de armadura de tuberías

3.1 Selección de material y secciones transversales.

• Selección de materiales: El acero utilizado en las estructuras de armadura de tuberías debe cumplir los requisitos de las normas pertinentes.. Típicamente, acero carbono, acero de baja aleación, y se utilizan acero de alta resistencia. La selección debe considerar factores como los requisitos estructurales., Condiciones ambientales, y viabilidad económica.
• Selección de sección transversal: Las secciones huecas circulares y rectangulares se utilizan comúnmente para armazones de tuberías debido a su eficiente capacidad de carga y su atractivo estético.. La elección entre secciones circulares y rectangulares depende de los requisitos específicos del proyecto., incluyendo condiciones de carga y consideraciones arquitectónicas.

3.2 Conexiones y uniones

• Soldadura: La soldadura es el método más común para conectar miembros en estructuras de armadura de tuberías.. El proceso de soldadura debe garantizar uniones de alta calidad para evitar posibles puntos débiles..
• Conexiones atornilladas: Aunque es menos común en armazones de tuberías, Las conexiones atornilladas se pueden utilizar en determinadas circunstancias., especialmente para facilitar el montaje y el mantenimiento.
• Diseño de nodos: El diseño de nodos. (Uniones donde los miembros se cruzan.) Es crucial en estructuras de armadura de tuberías.. Los nodos deben diseñarse para transferir fuerzas de manera eficiente sin causar concentraciones indebidas de tensiones..

3.3 Consideración de cargas dinámicas

• Cargas de viento: Las cargas de viento deben considerarse en el diseño de estructuras de celosías de tuberías., especialmente para estructuras de gran luz y aquellas expuestas a altas velocidades de viento.
• Cargas sísmicas: En regiones sísmicamente activas, El diseño debe tener en cuenta las cargas sísmicas., Asegurar que la estructura pueda soportar fuerzas inducidas por terremotos..
• Vibración: Para estructuras sometidas a cargas dinámicas como maquinaria o actividad humana., Puede ser necesario un análisis de vibraciones para garantizar la comodidad y la integridad estructural..

4. Construcción y Montaje

4.1 Fabricación

• Fabricación de precisión: La fabricación de componentes de armadura de tuberías requiere alta precisión para garantizar que todos los miembros encajen correctamente durante el montaje..
• Control de calidad: Se deben implementar rigurosas medidas de control de calidad durante la fabricación para garantizar que todos los componentes cumplan con las especificaciones y estándares de diseño..

4.2 Transporte y manipulación

• Transporte: El transporte de componentes grandes de armazones de tuberías debe planificarse cuidadosamente para evitar daños y garantizar una entrega segura al sitio de construcción..
• Manejo: Se deben seguir procedimientos de manipulación adecuados durante la descarga y el posicionamiento para evitar daños estructurales y garantizar la seguridad de los trabajadores..

4.3 Montaje y Montaje

• Plan de montaje: Se debe desarrollar un plan de montaje detallado., Describir la secuencia de montaje y los métodos para levantar y posicionar los componentes..
• Medidas de seguridad: Se deben implementar medidas de seguridad para proteger a los trabajadores durante el proceso de montaje., incluido el uso de andamios, arneses de seguridad, y otros equipos de protección.
• Alineación y nivelación: Garantizar que todos los componentes estén correctamente alineados y nivelados durante el montaje es crucial para la integridad estructural de la armadura..

5. Mantenimiento e inspección

5.1 Inspecciones periódicas

• Inspecciones visuales: Se deben realizar inspecciones visuales periódicas para comprobar si hay signos de desgaste., corrosión, o daño.
• Pruebas no destructivas: Se pueden utilizar métodos como pruebas ultrasónicas o radiografías para detectar fallas internas en los miembros o uniones..

5.2 Mantenimiento

• Protección contra la corrosión: El mantenimiento regular de los revestimientos protectores y otras medidas de prevención de la corrosión es esencial, especialmente para estructuras expuestas a condiciones ambientales adversas.
• Reparación y Refuerzo: Cualquier daño detectado debe repararse rápidamente., y se debe agregar refuerzo si es necesario para mantener la integridad estructural.

Conclusión

Las estructuras de celosía de tubos de acero ofrecen importantes ventajas en términos de estética, desempeño estructural, y eficiencia de materiales. Diseño adecuado, fabricación, erección, y el mantenimiento son esenciales para aprovechar plenamente estos beneficios. Adhiriéndose a los principios de diseño establecidos y las mejores prácticas., Los ingenieros pueden crear duraderos., económico, Estructuras de celosía de tubos visualmente atractivas que satisfacen las demandas de la arquitectura y la construcción modernas..