Na área da engenharia de construção, as estruturas de aço tornaram-se uma escolha importante para edifícios modernos devido às suas propriedades mecânicas eficientes e à sua capacidade de modelagem flexível. Dominar as formas estruturais básicas das estruturas de aço e sua lógica de seleção é a chave para ingressar nesta área profissional. Vamos aprender sobre cinco estruturas típicas: pórtico de aço leve, pórtico de aço, grade de aço, membrana de cabos e treliça de tubos, para ajudar a estabelecer rapidamente um sistema de conhecimento.

1. Estrutura de pórtico de aço leve - Uma opção econômica para edifícios de pequeno e médio porte

Estrutura do núcleo e características mecânicas
A estrutura de pórtico de aço leve consiste em uma estrutura de pórtico (junções rígidas de vigas e pilares de aço de seção H), um sistema de terças (aço de seção C/Z) e um sistema de contraventamento de estruturas de aço, formando um sistema de estruturas de aço planas e resistentes a forças. Sua principal vantagem reside no projeto de seção transversal variável – as seções transversais das vigas e dos pilares das estruturas de aço são otimizadas de acordo com as variações das forças internas para alcançar o uso eficiente dos materiais; o telhado e as paredes das estruturas de aço utilizam chapas de aço perfiladas leves (com peso próprio de apenas 0,1-0,3 kN/㎡), reduzindo a carga da fundação em 40% a 60% em comparação com estruturas de concreto.

Cenários típicos de aplicação
Adequado para edifícios industriais (estruturas de aço oficinas leves, armazenagem e logística) e instalações comerciais (salas de exposição, garagens) com vão único de 20 a 30 metros e pé-direito de até 10 metros. Projetos típicos incluem armazéns de estruturas de aço da JD Logistics e oficinas de produção de pequenas e médias empresas, com um período de construção de apenas 4 a 8 semanas e um custo 20% a 30% menor do que o de estruturas de concreto.

Três fatores-chave para seleção
Controle de vão: Quando o vão for superior a 30 metros, devem ser adotados pórticos rígidos do tipo treliça ou contraventamentos no meio do vão para evitar aumento excessivo nas seções transversais de vigas e pilares.
Adaptação de carga: para cargas de guindaste ≤20 toneladas, são preferidas estruturas rígidas de alma sólida; para cargas com sobrepeso, troque para sistemas de estruturas de aço.
Projeto de juntas: juntas rígidas de vigas e pilares precisam verificar a capacidade de transmissão do momento fletor; juntas articuladas são adequadas apenas para cenários sem guindastes ou com cargas leves. 

2. Estrutura de estrutura de aço - Um mágico espacial para edifícios de vários andares

Características Estruturais e Vantagens do Sistema
Composto por colunas de aço (estruturas de aço com seção H de aço/tubos de aço circulares) e vigas de aço (estruturas de aço com seção H de aço/vigas mistas) através de juntas rígidas (estruturas de aço com conexões híbridas soldadas/soldadas por parafusos), formando um sistema de suporte de força espacial, que pode atingir grandes espaçamentos de colunas de mais de 9 metros (por exemplo, grelhas de colunas de estruturas de aço de 8,4 metros comumente usadas em edifícios de escritórios). Cooperando com juntas articuladas e sistemas de contraventamento, pode se adaptar com flexibilidade a diferentes requisitos de fortificação sísmica (fortificação de até 8 graus).

Tipos de edifícios aplicáveis
Edifícios comerciais de vários andares: edifícios de escritórios com estruturas de aço de 5 a 15 andares (como a série SOHO), com planos livremente divisíveis para atender às necessidades de escritórios abertos.
Edifícios industriais: estruturas de aço Oficinas pesadas (como oficinas de processamento mecânico), que podem suportar pontes rolantes de 50 toneladas ou mais.
Edifícios sísmicos: Sua alta ductilidade os torna a primeira escolha para áreas propensas a terremotos (como Sichuan, Japão).

Parâmetros-chave para seleção
Limite da relação altura-largura: Quando exceder 1:5, os tubos centrais/treliças de reforço devem ser ajustados para controlar a relação de deslocamento entre andares ≤1/250.
Forma da junta: Em zonas sísmicas, a prioridade é dada ao projeto de junta "strong membro fraco", e a capacidade de dissipação de energia é melhorada por meio de placas de reforço da zona da junta.
Lajes de piso compostas: lajes de piso compostas de chapa de aço perfilada (80-150 mm de espessura) podem reduzir a altura das vigas de aço e melhorar a utilização da altura do piso.

3. Estrutura de grade de aço - Um modelo de suporte de força espacial para edifícios de grande vão

Composição Geométrica e Vantagens Mecânicas
Composto por elementos tubulares de aço (φ48-φ325) através de juntas esféricas (estruturas de aço soldadas, esferas ocas/esferas aparafusadas) dispostas em um padrão de grade regular (estruturas de aço pirâmide quadrada, pirâmide triangular, etc.), formando um sistema espacial de suporte de força em estruturas de aço, alcançando rigidez à flexão bidirecional equilibrada. A espessura das grades planas é de cerca de 1/10-1/15 do vão, e a elevação das grades curvas (como cúpulas) é de 1/6-1/8 do vão, com um consumo total de estruturas de aço de apenas 30-50 kg/㎡.

Cenários de aplicação de referência
Edifícios esportivos: estruturas de aço Ginásios (como a estrutura de manutenção externa do Ninho do Pássaro), estruturas de aço piscinas, cobrindo vãos supergrandes de 80-150 metros.
Centros de transporte: estruturas de aço Terminais do aeroporto (teto do corredor no Aeroporto Internacional Daxing de Pequim), criando um espaço transparente sem colunas.
Oficinas industriais: estruturas de aço Oficinas de fabricação de aeronaves (que exigem um vão livre de mais de 300 metros), combinadas com sistemas de guindastes suspensos.

Pontos técnicos para seleção
Adaptação de plano: grades piramidais quadradas são selecionadas para planos retangulares; grades tridirecionais ou estruturas de cúpula são selecionadas para planos circulares.
Seleção de juntas: Para vãos ≤60 metros, são utilizadas juntas esféricas aparafusadas (pré-fabricadas de fábrica, fáceis de instalar); para vãos muito grandes, são utilizadas juntas esféricas soldadas (com maior capacidade de carga).
Carga do telhado: A carga de deslizamento de neve deve ser verificada para telhados de parede cortina de vidro; a sucção do vento (pressão negativa local de até -1,5 kPa) deve ser considerada para telhados de metal com estruturas de aço.