Explorando a estrutura de aço completa do equipamento: análise aprofundada do básico às fronteiras- Jiaxing Dingshi Machinery Manufacturing Co., Ltd.

1. Conhecimento básico de estrutura de aço de equipamento completo

1.1 Definição e Composição

O Estrutura de aço do equipamento completo é um sistema de estrutura de edifício que utiliza o aço como principal componente de suporte de carga e é combinado através de um método de conexão específico. Possui características notáveis de alta resistência, peso leve e construção conveniente, e tem sido amplamente utilizado no campo da construção moderna. Seus elementos constituintes incluem principalmente vários tipos de aço e a forma de conectar esses aços.

Na seleção do aço, existem tipos ricos e diversos. Os mais comuns são o aço estrutural de carbono, como o Q235, que possui resistência moderada, boa plasticidade e soldabilidade e custo relativamente baixo. É amplamente utilizado em estruturas de construção em geral, como plantas industriais comuns, armazéns, etc. O aço de baixa liga e alta resistência também é um tipo comum, como o Q345, que melhora a resistência e a resistência à corrosão do aço adicionando uma pequena quantidade de elementos de liga. É adequado para edifícios que suportam grandes cargas ou têm elevados requisitos de durabilidade estrutural, como pontes de grande vão e edifícios altos. Existem também aços inoxidáveis, como 304, 316, etc., que apresentam excelente resistência à corrosão e são frequentemente utilizados em ambientes úmidos e altamente corrosivos, como engenharia naval e equipamentos químicos. Aços de alta resistência, como Q550 e Q690, têm resistência à tração superior aos aços convencionais, o que pode efetivamente reduzir a quantidade de aço utilizada, reduzir o peso morto da estrutura e melhorar a estabilidade do edifício. Eles desempenham um papel importante em alguns projetos com requisitos extremamente elevados de desempenho estrutural.

O connection method plays a key role in the fully equipped steel structure and directly affects the integrity and stability of the structure. Weld connection is one of the most important connection methods for modern steel structures. It has many advantages, simple structure, and any form of components can be directly connected without complex connectors; economical materials, will not weaken the cross-section of the components, and save steel; convenient manufacturing and processing, easy to realize automated operation, high production efficiency, reliable quality; good connection tightness, can effectively improve the rigidity of the structure. However, weld connections also have some disadvantages. In the heat-affected zone near the weld, the metallographic structure of the steel will change, causing the local material to become brittle; welding residual stress and residual deformation will reduce the bearing capacity of the compressed member; welded structures are more sensitive to cracks. Once local cracks appear, they are easy to extend to the whole structure. The cold brittleness problem is more prominent in low-temperature environments; and the material requirements are high, the welding procedures are strict, and the quality inspection workload is large. Bolt connections are divided into ordinary bolt connections and high-strength bolt connections. Ordinary bolts are divided into three levels: A, B, and C. Grades A and B are refined bolts, and grade C is rough bolts. Ordinary bolt connections are easy to install and disassemble, simple to operate, and low in cost. They are suitable for some parts that have relatively low requirements for connection accuracy and strength, such as temporary structures or connections of secondary components. High-strength bolt connections transmit shear forces by applying pre-tension to generate friction between the connecting parts. They have the advantages of tight connection, good force performance, fatigue resistance, and simple installation. They are widely used in important structural connections, such as frame nodes of high-rise buildings and steel beam connections of bridges.

As conexões de rebites foram amplamente utilizadas em estruturas de aço no passado. Embora sejam menos usados agora, eles ainda são usados em algumas estruturas pesadas e estruturas que suportam cargas dinâmicas diretamente. As estruturas de aço rebitadas têm boa plasticidade e tenacidade, são fáceis de verificar quanto à qualidade, possuem conexões confiáveis, boa resistência a cargas dinâmicas e possuem requisitos relativamente baixos para o material do aço principal. Porém, sua estrutura é complexa e o processo de fazer furos e rebitar exige muita mão-de-obra. Os furos dos pregos enfraquecerão a seção transversal do material principal, aumentando o custo e a dificuldade de construção.

1.2 Comparação com estruturas de edifícios tradicionais

Ore are obvious differences between fully equipped steel structures and traditional building structures in terms of performance, cost, construction cycle, etc., and each shows unique characteristics.

Em termos de desempenho, estruturas de aço totalmente equipadas apresentam vantagens significativas em termos de resistência. O aço possui alta resistência e alto módulo de elasticidade. Comparado com o concreto e a madeira, sua relação entre densidade e resistência ao escoamento é relativamente baixa. Isso faz com que a estrutura de aço tenha seção transversal pequena e peso leve sob as mesmas condições de tensão, mas pode suportar cargas maiores, tornando-a muito adequada para a construção de edifícios de grande vão, ultra-altos e ultrapesados, como grandes estádios e edifícios de escritórios ultra-altos. Ao mesmo tempo, o aço tem boa tenacidade e plasticidade, material uniforme, alta confiabilidade estrutural, pode suportar bem impactos e cargas dinâmicas e tem excelente resistência sísmica. Quando ocorrem desastres naturais, como terremotos, as estruturas de aço podem absorver energia através de sua própria deformação, reduzir efetivamente o grau de danos estruturais e garantir a segurança de vidas e propriedades. No entanto, as estruturas de concreto tradicionais têm grande peso e grandes dimensões transversais dos componentes. Em edifícios de grandes vãos e super altos, eles exercerão grande pressão sobre a fundação e sua resistência sísmica é relativamente fraca. Eles estão sujeitos a danos graves, como rachaduras e colapsos em terremotos.

Em termos de custos, a estrutura de custos das estruturas de aço totalmente equipadas é relativamente complexa. Por um lado, o preço do aço em si é relativamente elevado, especialmente alguns aços de alto desempenho, como o aço de alta resistência e o aço inoxidável, o que faz com que o custo do material das estruturas metálicas represente uma grande proporção do investimento inicial. Além disso, o processamento e produção de estruturas metálicas requerem equipamento e tecnologia profissionais, e o custo de processamento não pode ser ignorado. Contudo, do ponto de vista do custo do ciclo de vida completo, as estruturas de aço também têm as suas vantagens. Devido à rápida velocidade de construção das estruturas de aço, o período de construção pode ser bastante reduzido e o custo do tempo no processo de construção é reduzido. Para alguns projectos que necessitam urgentemente de ser colocados em utilização, tais como edifícios comerciais e instalações industriais, os benefícios económicos trazidos pela operação precoce podem exceder o aumento do investimento inicial. O custo de manutenção da estrutura de aço é relativamente baixo e sua durabilidade estrutural é boa. Em condições normais de manutenção, possui uma longa vida útil, o que reduz o custo de manutenção e substituição posteriores. Embora o custo do material da estrutura de concreto tradicional seja relativamente baixo, uma grande quantidade de materiais auxiliares, como fôrmas e andaimes, são necessários durante o processo de construção, e o processo de construção é complexo e o custo de mão de obra é alto. Ao mesmo tempo, a estrutura de concreto está sujeita a rachaduras, vazamentos e outros problemas durante o uso, sendo necessária manutenção e reparos regulares, e o custo de manutenção posterior é alto.

Em termos de ciclo de construção, uma estrutura de aço totalmente equipada apresenta vantagens óbvias. Os componentes da estrutura de aço geralmente são pré-fabricados na fábrica, e equipamentos avançados de automação podem ser utilizados no processo produtivo, que possui alta precisão e alta eficiência de produção. Depois que os componentes pré-fabricados são transportados para o canteiro de obras, eles são rapidamente montados por equipamentos de elevação mecanizados, e a velocidade de construção é rápida, o que pode encurtar bastante o período de construção. Por exemplo, algumas grandes fábricas de estruturas metálicas podem levar apenas alguns meses desde a construção da fundação até a conclusão da estrutura principal. As estruturas de construção tradicionais, como as estruturas de concreto, exigem uma série de processos, como construção de fôrmas no local, ligação de barras de aço e vazamento de concreto. O processo de construção é muito afetado por fatores como clima e nível técnico dos trabalhadores, e o período de construção é longo. Só o vazamento e a cura do concreto levam muito tempo. Por exemplo, a construção de um edifício residencial de vários andares pode demorar um ano ou até mais.

2. As vantagens das estruturas de aço totalmente equipadas são totalmente demonstradas

2.1 Excelente resistência e estabilidade

Com a sua excelente resistência e estabilidade, as estruturas de aço totalmente equipadas têm mostrado vantagens incomparáveis no campo da construção e tornaram-se a forma estrutural preferida para muitos grandes edifícios e projetos de referência.

Em termos de resistência, o aço possui resistência à tração, compressão e flexão extremamente alta. Tomando como exemplo o aço comum de baixa liga e alta resistência Q345, sua resistência ao escoamento não é inferior a 345MPa e sua resistência à tração está entre 470-630MPa. Isto significa que, sob as mesmas condições de tensão, os componentes estruturais de aço podem suportar cargas maiores do que outros materiais de construção tradicionais. Por exemplo, ao construir uma ponte de longo vão, a estrutura de aço pode atingir um vão maior e reduzir o número de pilares da ponte em virtude das suas características de alta resistência, reduzindo assim os custos de construção e o impacto no espaço sob a ponte. Assim como a famosa ponte marítima da Baía de Hangzhou, sua estrutura principal adota uma grande quantidade de estrutura de aço. O aço de alta resistência da viga de aço da ponte principal permite que a ponte atravesse a vasta área marítima, suporte enormes cargas de tráfego e forças naturais e apresente forte capacidade de carga.

Em termos de estabilidade, o desempenho da estrutura metálica também é excelente. O material do aço é uniforme, o módulo de elasticidade é alto e a confiabilidade da estrutura é forte. Seu sistema estrutural pode efetivamente dispersar e transferir cargas através de métodos razoáveis de projeto e conexão para garantir que a estrutura permaneça estável sob várias condições de trabalho complexas. Por exemplo, em edifícios super altos, o sistema de estrutura de aço funciona com componentes resistentes à força lateral, como tubos centrais, para resistir à influência de forças horizontais, como cargas de vento e terremotos, e garantir a segurança dos edifícios. A Torre de Xangai, com uma altura total de 632 metros, adota um sistema gigante de estrutura de treliça tubular e cantilever. A aplicação da estrutura metálica permite que o edifício se mantenha estável diante de desastres naturais como ventos fortes e terremotos, tornando-se um destacado representante dos projetos de construção mundiais.

Na construção de algumas plantas industriais, as vantagens de resistência e estabilidade das estruturas de aço totalmente equipadas também foram plenamente refletidas. Para fábricas de máquinas em grande escala, são necessários equipamentos pesados e operações de elevação frequentes. As estruturas de aço podem facilmente atender a esses requisitos de carga e garantir a segurança estrutural e o uso normal da planta. Ao mesmo tempo, a estabilidade da estrutura de aço também se reflete na sua boa resistência à fadiga. Ele pode se adaptar às frequentes mudanças de vibração e carga na produção industrial e prolongar a vida útil da planta.

2.2 Construção conveniente e eficiente

O fully equipped steel structure shows remarkable convenience and efficiency during the construction process, which makes it popular in modern construction projects, which can greatly shorten the construction period and reduce construction costs.

O convenience of steel structure construction is first reflected in the prefabrication of components. Steel structure components are processed and manufactured in the factory through advanced automation equipment, which can achieve high-precision production. For example, the dimensional accuracy of components such as steel beams and steel columns can be controlled at the millimeter level, which provides a strong guarantee for rapid assembly on site. In the factory production environment, the components can also be pre-painted and fireproofed, etc., which reduces the process and time of on-site construction. Taking a large steel structure commercial complex project as an example, after the steel structure components are prefabricated in the factory, they are transported to the construction site and assembled by large tower cranes and other lifting equipment, which greatly improves the construction efficiency.

O on-site assembly process is also very efficient. The connection methods of steel structures, such as bolt connection and welding, are relatively simple to operate and can quickly connect components. Bolt connection is easy to install and disassemble, and the connection operation can be completed quickly at the construction site, and it is convenient for later maintenance and modification. Welding can provide a firm connection to ensure the integrity of the structure. During the construction process, construction personnel can choose the appropriate connection method according to the actual situation on site to improve the construction progress. At the same time, the construction of steel structures is less affected by natural factors such as weather. Unlike processes such as concrete pouring, which require specific temperature and humidity conditions, it can continue to construct under various weather conditions, further ensuring the construction progress.

Devido à rápida velocidade de construção das estruturas de aço, o período de construção do projeto pode ser bastante reduzido. Isto é de grande importância para alguns projectos com requisitos de tempo urgentes, tais como edifícios comerciais e projectos de ajuda de emergência. Quanto mais cedo o edifício comercial for inaugurado, mais cedo os benefícios económicos poderão ser gerados; projetos de ajuda de emergência podem ser rapidamente construídos para fornecer abrigo oportuno às pessoas afetadas.

2.3 Nova opção para proteção ambiental e economia de energia

Num contexto de crescentes exigências de protecção ambiental e poupança de energia na sociedade actual, as estruturas de aço totalmente equipadas tornaram-se uma nova escolha para a protecção ambiental e poupança de energia no campo da construção, com o seu excelente desempenho em muitos aspectos, o que está em linha com o conceito de desenvolvimento sustentável.

Do ponto de vista da proteção ambiental, as estruturas metálicas possuem as características de serem recicláveis. O aço é um material reciclável. Após o término da vida útil do edifício, os componentes da estrutura de aço podem ser reciclados e reprocessados e recolocados em novos projetos de construção. Segundo as estatísticas, a taxa de reciclagem do aço após a demolição de edifícios com estrutura de aço chega a mais de 90%, o que reduz significativamente a geração de resíduos de construção e reduz a pressão sobre o meio ambiente. Em contrapartida, a grande quantidade de resíduos de construção gerados após a demolição de estruturas tradicionais de concreto é de difícil manejo e causa grande poluição ao meio ambiente. Por exemplo, em projetos de renovação urbana, a demolição e reutilização de edifícios com estrutura metálica são mais convenientes, o que pode efetivamente reduzir a emissão de resíduos e realizar a reciclagem de recursos.

Durante o processo construtivo, as estruturas metálicas também apresentam vantagens ambientais. Como os componentes da estrutura de aço são pré-fabricados na fábrica, há menos trabalho úmido no local, o que reduz poeira, ruído e outras poluições no canteiro de obras. Em comparação com a construção tradicional, os resíduos de construção gerados pela construção de estruturas metálicas podem ser reduzidos em mais de 80%. Ao mesmo tempo, o maquinário utilizado no processo de construção de estruturas de aço é relativamente pequeno, o consumo de energia é baixo e o impacto no meio ambiente é pequeno. Em alguns projetos de construção na área central da cidade, as características de baixa poluição e baixo ruído da construção em estrutura de aço podem reduzir a interferência com os moradores e atividades comerciais do entorno.

Em termos de economia de energia, os edifícios com estrutura metálica apresentam baixo consumo de energia durante o uso. O desempenho do isolamento térmico dos edifícios com estrutura de aço pode ser efetivamente melhorado através de um design razoável e da seleção de materiais de isolamento térmico eficientes. Por exemplo, o uso de placas de lã de rocha com isolamento térmico, placas de espuma de poliuretano e outros materiais nas paredes externas e telhados de edifícios com estrutura de aço pode efetivamente reduzir a transferência de calor e reduzir o consumo de energia dos edifícios durante o aquecimento no inverno e o resfriamento no verão. O layout do espaço interno dos edifícios com estrutura metálica é relativamente flexível, o que favorece o uso de projetos de iluminação e ventilação natural, reduzindo ainda mais o tempo de utilização de sistemas de iluminação artificial e ar condicionado e reduzindo o consumo de energia.

Alguns projetos de construção verde que utilizam estruturas de aço alcançaram autossuficiência energética ou autossuficiência parcial através da adoção de novas tecnologias energéticas, como painéis solares fotovoltaicos e bombas de calor geotérmicas, reduzindo significativamente a dependência da energia tradicional e reduzindo as emissões de carbono. Estes projectos não só alcançaram resultados notáveis na protecção ambiental e conservação de energia, mas também proporcionaram experiência prática útil para promover o desenvolvimento sustentável da indústria da construção.

3. Os campos de aplicação brilham

3.1 A escolha preferida de edifícios industriais

No domínio dos edifícios industriais, as estruturas metálicas totalmente equipadas tornaram-se a forma estrutural preferida para edifícios como fábricas e armazéns com as suas vantagens únicas, proporcionando uma base sólida para o funcionamento eficiente da produção industrial.

Na construção de fábricas, estruturas de aço totalmente equipadas têm demonstrado excelente adaptabilidade. Para fábricas de máquinas em grande escala, elas precisam suportar a carga de equipamentos pesados e operações de elevação frequentes. As características de alta resistência das estruturas de aço permitem-lhes enfrentar facilmente estes desafios. Por exemplo, em grandes fábricas de automóveis, vários equipamentos de estampagem de grande porte, robôs de soldagem, etc., precisam ser instalados na oficina. A estrutura e o sistema de viga do guindaste da estrutura de aço podem fornecer suporte estável para esses equipamentos para garantir a segurança e eficiência do processo de produção. Ao mesmo tempo, a grande capacidade de vão da estrutura de aço pode criar um espaço interior espaçoso e sem colunas, o que é conveniente para o layout do equipamento e a organização do fluxo do processo, e melhora a taxa de utilização do espaço de produção.

O fast construction speed of the steel structure is of great significance for some factory projects that are in urgent need of production. In a highly competitive market environment, enterprises that can start production as soon as possible can seize the market opportunity.

Na construção de armazéns, estruturas de aço totalmente equipadas também apresentam vantagens significativas. O rápido desenvolvimento da indústria logística moderna impôs requisitos mais elevados de espaço de armazenamento e capacidade de carga. Os armazéns com estrutura de aço podem atingir projetos de grande extensão para atender às necessidades de armazenamento de mercadorias em grande escala. Por exemplo, armazéns em grandes centros de distribuição logística usam grades de estrutura de aço ou estruturas de pórtico. A estrutura de aço é leve e tem requisitos relativamente baixos para a capacidade de carga da fundação. Em algumas áreas com más condições geológicas, também pode reduzir o custo da construção de infra-estruturas.

Armazéns com estrutura de aço também apresentam boa escalabilidade. Com o desenvolvimento do negócio, a escala do armazém pode precisar ser ampliada. O método de ligação da estrutura metálica facilita a desmontagem e adição de componentes, o que pode facilmente realizar a ampliação do armazém. Além disso, a durabilidade da estrutura de aço é boa. Em condições normais de manutenção, pode garantir o uso estável e de longo prazo do armazém, reduzindo o custo de manutenção e substituição posteriores.

3.2 O charme único dos edifícios comerciais

Na área de edifícios comerciais, a estrutura metálica totalmente equipada conferiu um charme único a edifícios como shoppings e edifícios de escritórios com suas vantagens únicas, atendendo às diversas necessidades de espaços comerciais e tornando-se a escolha ideal para edifícios comerciais modernos.

Para shopping centers, estruturas de aço totalmente equipadas podem proporcionar um layout de espaço aberto e flexível. O interior do shopping precisa ser dividido em diferentes áreas funcionais, como áreas comerciais, áreas de alimentação, áreas de entretenimento, etc. As características de grande vão da estrutura metálica permitem que o espaço interno seja dividido livremente de acordo com as necessidades do negócio, sem um grande número de paredes estruturais, proporcionando aos comerciantes mais espaço de exposição e negócios. Por exemplo, grandes centros comerciais costumam utilizar sistemas de estrutura de aço, com espaços interiores espaçosos e luminosos que podem acomodar várias grandes instalações comerciais e numerosos negócios, criando um ambiente de compras confortável e conveniente. Ao mesmo tempo, a estrutura metálica tem uma velocidade de construção rápida, o que pode encurtar o período de construção do shopping, permitir a inauguração do shopping o mais rápido possível, aproveitar a oportunidade de mercado e trazer retornos mais rápidos aos investidores.

Em termos de design de aparência, a estrutura de aço tem forte plasticidade e pode atingir várias formas arquitetônicas exclusivas para atender à busca de individualidade e atratividade do edifício comercial. Alguns shopping centers modernos utilizam estruturas de aço para criar fachadas e telhados únicos, tornando-se edifícios de referência da cidade e atraindo a atenção dos consumidores.

Sendo um local importante para escritórios comerciais, os edifícios de escritórios também apresentam elevados requisitos de flexibilidade espacial e estabilidade estrutural. Prédios de escritórios com estrutura de aço totalmente equipados podem fornecer espaços de escritórios abertos, o que é conveniente para as empresas realizarem decoração e layout personalizados de acordo com suas próprias necessidades. A área de escritório aberta e o design de partição flexível podem atender ao modo de escritório e às necessidades de colaboração em equipe de diferentes empresas. Além disso, a estrutura de aço tem bom desempenho sísmico, o que pode garantir a segurança do pessoal do escritório e a integridade das instalações do escritório quando ocorrem desastres naturais, como terremotos. Por exemplo, em algumas áreas propensas a terremotos, muitos edifícios de escritórios altos são construídos com estruturas de aço. Através de um projeto estrutural razoável e de medidas de reforço, a resistência ao terremoto do edifício é melhorada, proporcionando um ambiente de escritório seguro e confiável para empresas e funcionários.

Os edifícios de escritórios com estrutura metálica também apresentam boa sustentabilidade. As características recicláveis do aço estão alinhadas com os modernos conceitos de proteção ambiental. Após a vida útil do edifício,

os componentes da estrutura metálica podem ser reciclados e reaproveitados, reduzindo a geração de resíduos da construção civil. Ao mesmo tempo, edifícios com estrutura metálica apresentam baixo consumo de energia durante o uso. Ao adotar equipamentos que economizam energia e otimizar a estrutura da envolvente do edifício, o consumo de energia pode ser ainda mais reduzido e os custos operacionais das empresas podem ser reduzidos.

3.3 O palco brilhante dos edifícios públicos

No domínio dos edifícios públicos, as estruturas metálicas totalmente equipadas tornaram-se o palco brilhante de edifícios como ginásios e salas de exposições com as suas vantagens únicas e excelente desempenho. Eles não apenas proporcionam às pessoas um espaço de atividades públicas totalmente funcional, mas também mostram o encanto artístico da arquitetura moderna.

Como locais para atividades de grande escala, como eventos esportivos e apresentações culturais, os ginásios têm requisitos extremamente elevados de espaço e desempenho estrutural. Estruturas de aço totalmente equipadas desempenham um papel fundamental na construção de ginásios. Sua alta resistência e grande vão podem realizar o projeto de grandes espaços sem colunas, atendendo às necessidades de competições esportivas e espectadores. Ao mesmo tempo, a boa resistência sísmica e a resistência estrutural da estrutura de aço permitem-lhe manter a estabilidade estrutural e a segurança face a desastres naturais, como terramotos e ventos fortes.

Em termos de design, a flexibilidade da estrutura de aço permite que o ginásio apresente vários aspectos únicos. Por exemplo, o salão de patinação de velocidade "Ice Ribbon" dos Jogos Olímpicos de Inverno de Pequim usa um telhado de rede de cabos em forma de sela composto por 22 cabos domésticos fechados com alto teor de vanádio e uma extensão de 198 metros. A quantidade de aço utilizada é apenas 1/4 daquela das estruturas de aço tradicionais. Ele não apenas alcança um design de suporte de força leve e eficiente, mas seu formato único também simboliza a pista deixada pelos atletas quando deslizam no gelo em alta velocidade. É cheio de sentido dinâmico e artístico e tornou-se um dos edifícios emblemáticos dos Jogos Olímpicos de Inverno de Pequim.

Importante local de exposição de conquistas culturais, artísticas, científicas e tecnológicas, o salão de exposições também é indissociável do suporte de estrutura metálica totalmente equipada. A estrutura de aço pode fornecer espaço de exposição flexível, o que é conveniente para dividir e ajustar o espaço de acordo com o conteúdo e a escala da exposição. Grandes salas de exposição geralmente precisam exibir uma variedade de grandes exposições, e o grande vão e a alta capacidade de carga das estruturas de aço podem facilmente atender a essas necessidades.

Em termos de design de aparência, as salas de exposição podem usar a plasticidade das estruturas de aço para criar uma imagem arquitetônica criativa e culturalmente rica. Por exemplo, a forma de "cascalho duplo arredondado" da Ópera de Guangzhou realiza um telhado hiperbólico irregular através da estrutura de aço. A forma arquitetónica única está integrada com o ambiente envolvente, mostrando a combinação perfeita entre arquitetura moderna e arte, e tornou-se um símbolo da cultura urbana e um edifício de referência.

4. Análise aprofundada da tecnologia principal

4.1 Seleção cuidadosa de materiais

Na construção de estruturas metálicas totalmente equipadas, a seleção dos materiais é crucial e está diretamente relacionada com o desempenho, segurança e durabilidade da estrutura. Existem muitos tipos de aço adequados para estruturas de aço totalmente equipadas, cada um com características únicas e cenários aplicáveis.

O aço estrutural de carbono é um dos tipos comuns de aço, entre os quais o Q235 é amplamente utilizado. Possui bom desempenho abrangente, resistência moderada e um limite de escoamento de cerca de 235 MPa, que pode atender aos requisitos de suporte de estruturas de edifícios em geral. Possui boa plasticidade e tenacidade, pode produzir certa deformação sem fratura repentina quando submetido a tensões e possui boa soldabilidade, o que é conveniente para conexões de soldagem no canteiro de obras. Tem custo relativamente baixo e é a escolha ideal para plantas industriais comuns, armazéns e outros edifícios.

O aço de baixa liga e alta resistência, como o Q345, melhorou significativamente sua resistência ao adicionar uma pequena quantidade de elementos de liga (como manganês, vanádio, etc.), e sua resistência ao escoamento atinge 345 MPa e acima. Ao mesmo tempo, também possui boa resistência à corrosão e soldabilidade, e desempenha um papel importante em projetos com altos requisitos de resistência estrutural e durabilidade, como pontes de longo vão e edifícios altos. Por exemplo, em arranha-céus icônicos de algumas cidades, o aço Q345 é amplamente utilizado para construir a estrutura estrutural principal para garantir a estabilidade do edifício quando ele é submetido a enormes cargas verticais e horizontais de vento.

O aço de alta resistência, como Q550, Q690, etc., tem uma resistência à tração muito superior à do aço convencional. A resistência à tração do Q550 pode atingir 690-830MPa, e a resistência à tração do Q690 é ainda maior. Este tipo de aço é adequado para edifícios especiais com requisitos extremamente elevados de desempenho estrutural, como estruturas de telhado de grandes vãos de grandes estádios e estruturas tubulares centrais de edifícios super-altos. O uso de aço de alta resistência pode efetivamente reduzir a quantidade de aço utilizado, reduzir o peso da estrutura e melhorar a estabilidade e segurança do edifício. Na construção de alguns locais esportivos de grande escala, as treliças de aço feitas de aço de alta resistência Q690 alcançaram grandes vãos, proporcionando aos espectadores um amplo espaço de visualização sem colunas.

Os aços inoxidáveis como 304 e 316 são conhecidos por sua excelente resistência à corrosão. O aço inoxidável 304 contém 18% de cromo e 8% de níquel, tem boa resistência à corrosão e à oxidação e pode manter um desempenho estável em ambientes úmidos e corrosivos. Com base nisso, o aço inoxidável 316 adiciona molibdênio para melhorar ainda mais sua capacidade de resistir à corrosão por picadas e frestas. Portanto, o aço inoxidável é frequentemente usado em áreas como engenharia naval e equipamentos químicos que possuem requisitos rígidos de resistência à corrosão. Na construção de plataformas offshore, o aço inoxidável é usado para fabricar componentes estruturais e conectores essenciais para resistir à erosão a longo prazo pela água do mar.

O selection criteria for steel are strict and multiple factors need to be considered comprehensively. Steel with appropriate strength grade should be selected according to the stress characteristics and design load of the structure. For components that bear large loads, high-strength steel should be selected; for components that are generally less stressed, steel with moderate strength can be selected to achieve economical and reasonable purposes. The environmental conditions in which the structure is located should be considered. For example, in humid and corrosive environments, stainless steel or weathering steel should be preferred; in cold areas, the low-temperature impact toughness of steel should be considered to ensure that the steel will not suffer brittle fracture in low-temperature environments.

O weldability of steel is also one of the important considerations. Welding is a common way to connect steel structures. Good weldability can ensure the quality and performance of welded joints. For welded structures, steel with good weldability should be selected, and its weldability should be evaluated based on the chemical composition and carbon equivalent of the steel. Factors such as the processing performance, supply status and cost of steel should also be considered to ensure that the selected steel can not only meet the performance requirements of the structure, but also be easy to process, manufacture and purchase in actual projects, while controlling costs.

4.2 Engenhosidade do design

O design of fully equipped steel structure is a complex and delicate work, which requires full consideration of the safety, functionality and economy of the structure. Among them, structural design and node design are key links, which embody the ingenuity of designers.

Em termos de projeto estrutural, é necessário selecionar um sistema estrutural adequado com base em fatores como a função de uso, condições de carga e condições do local do edifício. Os sistemas comuns de estrutura de aço incluem estrutura de pórtico, estrutura de treliça, estrutura de grade, estrutura de suspensão de cabos, etc. Cada sistema tem suas características de força e escopo de aplicação exclusivos.

O frame structure consists of beams and columns, which are connected by nodes to form a spatial skeleton. It has the advantages of flexible plane layout and high space utilization, and is suitable for multi-story and high-rise buildings. In buildings such as office buildings and teaching buildings, the frame structure can provide spacious indoor space, which is convenient for functional zoning and layout.

O truss structure is composed of rods connected by nodes. It is generally a plane or space structure composed of triangular units. It has reasonable force and can give full play to the strength of the material. It is suitable for large-span roof structures and bridge structures. For example, the roofs of some large industrial plants adopt truss structures, which can achieve larger spans, reduce internal support, and provide a wide space for production.

A estrutura de grade é uma estrutura de grade espacial composta por múltiplas hastes de acordo com uma determinada regra. Possui características de força espacial, alta rigidez e boa integridade. É adequado para edifícios públicos de grande porte, como ginásios e salas de exposições. A cobertura do Centro Aquático Nacional “Cubo de Água” adota uma nova estrutura de grade rígida espacial poliédrica, com um consumo de aço de apenas 120kg/m2, que consegue uma cobertura eficiente de espaços de grandes vãos e apresenta uma forma arquitetônica única.

O cable-suspended structure is mainly composed of cables, towers and anchors. It uses the tension of the cable to bear the load. The structure is light and suitable for bridges and buildings with super-large spans. For example, the famous Golden Gate Bridge has a main span of 1,280 meters and uses a cable-suspended structure to cross the strait, becoming a classic of world bridge construction.

No processo de projeto estrutural, também são necessários cálculos e análises mecânicas precisas. Através do conhecimento da mecânica estrutural, mecânica dos materiais, etc., as forças internas e as deformações da estrutura sob diversas cargas são calculadas para garantir que a estrutura atenda aos requisitos de resistência, rigidez e estabilidade. Com a ajuda de softwares avançados de análise estrutural, como SAP2000, Midas, etc., estruturas complexas podem ser simuladas e analisadas com mais precisão, fornecendo uma base confiável para o projeto.

O projeto do nó é uma parte importante do projeto da estrutura de aço, que afeta diretamente a integridade e confiabilidade da estrutura. Os métodos de conexão de nó incluem conexão de soldagem, conexão de parafuso, conexão mista de soldagem de parafuso, etc. Cada método de conexão tem suas vantagens e desvantagens e cenários aplicáveis. A conexão por soldagem é um dos métodos de conexão comumente usados em estruturas de aço. Suas vantagens são estrutura simples, conexão firme, transmissão de força confiável e economia de aço. A soldagem pode fazer com que os componentes formem um todo e melhorar a rigidez e estabilidade da estrutura. Em algumas peças com elevados requisitos de integridade estrutural, como a ligação entre vigas de aço e colunas de aço, são frequentemente utilizadas ligações soldadas. Porém, a soldagem também apresenta algumas desvantagens, como a geração de tensão residual e deformação durante a soldagem, o que terá certo impacto no desempenho da estrutura; a qualidade da soldagem é muito afetada pelo processo de soldagem e pelo nível técnico do soldador, e é provável que ocorram defeitos de soldagem.

As conexões aparafusadas são divididas em conexões aparafusadas comuns e conexões aparafusadas de alta resistência. As conexões aparafusadas comuns são simples de construir, fáceis de desmontar e montar e têm baixo custo. Eles são adequados para algumas estruturas secundárias ou temporárias que não requerem alta resistência de conexão. Conexões de parafusos de alta resistência transmitem forças de cisalhamento aplicando pré-tensão para gerar atrito entre as peças de conexão. Eles estão firmemente conectados, têm bom desempenho de força e são resistentes à fadiga. São amplamente utilizados em ligações estruturais importantes. Conexões de parafusos de alta resistência são amplamente utilizadas em nós de estruturas de edifícios altos, conexões de vigas de aço de pontes e outras peças.

As conexões híbridas de parafuso e solda combinam as vantagens da soldagem e das conexões de parafuso e são amplamente utilizadas em alguns projetos de nós complexos. Por exemplo, na conexão entre vigas de aço e colunas de aço, as conexões soldadas podem ser usadas primeiro para garantir a integridade e rigidez dos nós e, em seguida, conexões aparafusadas de alta resistência podem ser usadas para melhorar a confiabilidade e a destacabilidade dos nós.

No projeto de nós, o tamanho e a estrutura dos nós devem ser razoavelmente determinados de acordo com as características de força e os métodos de conexão dos nós. Por exemplo, para nós soldados, a forma, o tamanho e o comprimento da solda devem ser determinados para garantir a resistência e a qualidade da solda; para nós aparafusados, o diâmetro, o número e a disposição dos parafusos devem ser determinados para garantir a confiabilidade da conexão do parafuso. Também é necessário considerar a tecnologia de processamento dos nós e a viabilidade de construção e instalação, para que o projeto do nó seja fácil de processar e instalar no local.

4.3 Melhoria contínua da tecnologia de construção

O construction technology of fully equipped steel structure is a key link to ensure the quality and safety of the structure. It is necessary to strictly follow the scientific construction process and strive for excellence in each process to achieve the expected effect of the design.

O construction process usually includes steps such as construction preparation, foundation construction, component production and transportation, on-site installation, connection and fixation, painting and protection.

Na fase de preparação da construção, deve ser realizado um projeto detalhado de organização da construção, formulado um plano e cronograma de construção e esclarecidos as tarefas e requisitos de cada etapa da construção. O canteiro de obras deverá ser nivelado, medido e disposto para criar condições para a construção posterior. Ao mesmo tempo, o pessoal da construção deve ser organizado para realizar instruções técnicas e treinamento de segurança para garantir que o pessoal da construção esteja familiarizado com a tecnologia de construção e os procedimentos operacionais de segurança.

A construção de fundações é uma base importante para a construção de estruturas de aço e sua qualidade afeta diretamente a estabilidade de toda a estrutura. De acordo com os requisitos do projeto, deverão ser realizados os trabalhos de escavação, concretagem e manutenção da fundação. Para grandes edifícios com estrutura de aço, a fundação geralmente é de concreto armado. É necessário garantir que o tamanho, a posição e a resistência da fundação atendam aos requisitos do projeto. Durante o processo de construção da fundação, deve-se prestar atenção ao controle do nivelamento e verticalidade da fundação. Fornecer boas condições básicas para a instalação de colunas de aço.

O components are made in the factory. Through advanced processing equipment and technology, the steel is processed into the shape and size required by the design. In the process of component production, the processing accuracy must be strictly controlled to ensure that the dimensional deviation of the components is within the allowable range. For example, the length, width, height and other dimensional accuracy of components such as steel beams and steel columns must be controlled at the millimeter level to ensure the smooth installation on site. The components are pre-treated as necessary, such as rust removal and anti-corrosion, to improve the durability of the components.

Após a confecção dos componentes, eles devem ser transportados e armazenados. Durante o transporte, medidas de proteção eficazes devem ser tomadas para evitar colisões e danos aos componentes. De acordo com os requisitos de progresso do canteiro de obras, o tempo de transporte e a sequência dos componentes devem ser razoavelmente organizados para garantir que os componentes cheguem ao canteiro de obras a tempo. Ao armazenar, deve-se selecionar um local seco e ventilado, os componentes devem ser armazenados em categorias e devem ser tomadas medidas adequadas de suporte e fixação para evitar a deformação dos componentes.

A instalação no local é o elo principal da construção de estruturas de aço, e são necessários equipamentos e tecnologia de elevação profissionais. De acordo com o peso, tamanho e local de instalação dos componentes, selecione equipamentos de elevação adequados, como guindastes de torre, guindastes de caminhão, etc. Durante o processo de içamento, o plano de construção deve ser rigorosamente seguido para garantir que o içamento, posicionamento e instalação dos componentes sejam precisos. Ao instalar a coluna de aço, primeiro alinhe a parte inferior da coluna de aço com os parafusos embutidos da fundação, depois abaixe-a lentamente, ajuste a verticalidade e a posição da coluna de aço e, por fim, aperte os parafusos para fixá-la. A instalação da viga de aço geralmente é realizada de uma extremidade à outra. Primeiro instale a viga principal, depois instale a viga secundária e conecte firmemente a viga de aço e a coluna de aço através da placa de conexão e dos parafusos.

A conexão e a fixação são etapas fundamentais para garantir a integridade da estrutura metálica. Para conexões de soldagem, as operações devem ser realizadas de acordo com os requisitos do processo de soldagem, selecionar materiais de soldagem e parâmetros de soldagem apropriados e controlar a qualidade da soldagem. Durante o processo de soldagem, deve-se prestar atenção para evitar deformações e defeitos de soldagem, e as inspeções e testes necessários devem ser realizados nas juntas de soldagem, como inspeção de aparência, detecção ultrassônica de falhas, etc. Ao apertar os parafusos, ferramentas como chaves dinamométricas devem ser usadas para apertá-los na ordem e método prescritos.

O revestimento e a proteção são medidas importantes para melhorar a durabilidade das estruturas metálicas. Após a instalação da estrutura de aço, a superfície do componente deve ser pintada para formar uma película protetora para evitar corrosão e oxidação do aço. Antes da pintura, a superfície do componente deve ser completamente desenferrujada para garantir a aderência do revestimento. De acordo com o ambiente de utilização e as exigências da estrutura, escolha o tipo adequado de revestimento e processo de revestimento. Em circunstâncias normais, tinta antiferrugem comum pode ser usada para pintura; em ambiente altamente corrosivo, é necessário utilizar um revestimento com melhor resistência à corrosão, como tinta epóxi rica em zinco, tinta poliuretano, etc. Geralmente, são necessárias múltiplas camadas de primer, tinta intermediária e acabamento para garantir o efeito protetor.

5. Perspectivas Futuras e Previsão de Tendências

5.1 Integração de Novas Tecnologias

No futuro, o campo das estruturas metálicas totalmente equipadas dará início a uma onda de integração de novas tecnologias, e a aplicação de tecnologia inteligente e novos materiais trará novas oportunidades e mudanças ao seu desenvolvimento.

O application prospects of intelligent technology in fully equipped steel structures are broad. With the rapid development of technologies such as the Internet of Things, big data, and artificial intelligence, steel structure buildings will achieve intelligent design, production, and management. In the design stage, with the help of building information modeling (BIM) technology, designers can create three-dimensional digital models to accurately design and simulate and analyze every detail of the steel structure. Through BIM technology, collaborative design between different professions can be achieved, effectively avoiding design conflicts and errors, and improving design efficiency and quality. Using artificial intelligence algorithms, design schemes can also be optimized, and multiple feasible schemes can be automatically generated according to different design requirements and constraints. The best scheme can be selected through data analysis and simulation evaluation.

No processo de produção, a tecnologia inteligente realizará a produção automatizada e o monitoramento da qualidade dos componentes da estrutura de aço. Através de linhas de produção automatizadas, parâmetros de processo como corte, soldagem e processamento de aço podem ser controlados com precisão para melhorar a eficiência da produção e a precisão do produto. Usando sensores e tecnologia da Internet das Coisas, o processo de produção pode ser monitorado em tempo real, problemas na produção podem ser descobertos e resolvidos em tempo hábil e a estabilidade da qualidade do produto pode ser garantida. Por exemplo, durante o processo de soldagem, a qualidade da solda é monitorada em tempo real através de sensores. Assim que os defeitos são encontrados, os parâmetros de soldagem são ajustados automaticamente ou a produção é interrompida para reparo.

Na fase de operação e gestão de edifícios com estrutura metálica, a tecnologia inteligente também desempenha um papel importante. Através de vários sensores instalados na estrutura do edifício, a força, deformação, temperatura e outros dados da estrutura são coletados em tempo real, e o estado de saúde da estrutura é avaliado e previsto através de análise de big data e algoritmos de inteligência artificial. Quando a estrutura é anormal, o sistema pode emitir um alerta precoce a tempo, fornecer base de tomada de decisão aos gestores, tomar as medidas correspondentes de manutenção e reforço e garantir a utilização segura do edifício. O sistema inteligente de gerenciamento de propriedade também pode realizar monitoramento e gerenciamento em tempo real do consumo de energia do edifício, status de operação do equipamento, etc., e melhorar a eficiência operacional e o nível de economia de energia do edifício.

O application of new materials will also bring new breakthroughs to fully equipped steel structures. In addition to traditional steel, some high-performance steel and composite materials will gradually be widely used. High-strength steels such as Q890 and Q1100 have higher yield strength and tensile strength, which

pode reduzir ainda mais o peso morto da estrutura e melhorar a capacidade de carga da estrutura. Em alguns edifícios super-altos e pontes de grande vão, o uso de aço de alta resistência pode reduzir a quantidade de aço utilizada, reduzir o custo do projeto e melhorar a estabilidade e segurança da estrutura.

O aço para intemperismo também é um novo tipo de material com amplas perspectivas de aplicação. Ele adiciona elementos de liga como fósforo, cobre, cromo e níquel ao aço carbono comum para formar uma densa película protetora na superfície do aço. Possui boa resistência à corrosão atmosférica e pode ser utilizado por muito tempo sem pintura. Em algumas estruturas metálicas externas, como pontes e torres, o uso de aço resistente às intempéries pode reduzir os custos de manutenção e prolongar a vida útil da estrutura.

O application of composite materials in fully equipped steel structures has also received more and more attention. For example, the steel-concrete composite structure combines the light weight and high strength of the steel structure with the compressive and fire-resistant properties of the concrete structure. It has good mechanical properties and economic benefits and has been widely used in high-rise buildings, bridges and other fields. The combination of fiber reinforced composite materials (FRP) and steel also provides new ideas for the development of steel structures. FRP has the advantages of light weight, high strength, corrosion resistance, and fatigue resistance. After being compounded with steel, it can significantly improve the seismic performance and durability of the structure. It is suitable for building structures in earthquake-prone areas and harsh environments.

5.2 Perspectivas sobre a Direção do Desenvolvimento

Na direção do desenvolvimento sustentável e da multifuncionalidade, as estruturas metálicas totalmente equipadas têm apresentado uma clara tendência de desenvolvimento e darão importantes contribuições para a transformação e o progresso da indústria da construção.

O desenvolvimento sustentável é uma direção importante para o desenvolvimento futuro de estruturas de aço totalmente equipadas. À medida que a atenção mundial à protecção ambiental e à conservação de recursos continua a aumentar, as vantagens dos edifícios com estrutura de aço na protecção ambiental e na conservação de energia tornar-se-ão mais proeminentes. As características recicláveis dos edifícios com estrutura metálica estão em consonância com o conceito de desenvolvimento sustentável. Após a vida útil da edificação, o aço pode ser reciclado e reprocessado para reduzir a geração de resíduos de construção. No futuro, os edifícios com estrutura de aço prestarão mais atenção ao design e construção ecológicos, adotarão energias renováveis e equipamentos de poupança de energia e reduzirão o consumo de energia dos edifícios durante a utilização. Na envolvente do edifício, utilize materiais de isolamento térmico eficientes para reduzir a transferência de calor e melhorar a eficiência energética do edifício. Utilizar novas tecnologias energéticas, como painéis solares fotovoltaicos e bombas de calor geotérmicas, para alcançar autossuficiência ou autossuficiência parcial na construção de energia, reduzir a dependência da energia tradicional e reduzir as emissões de carbono.

Na fase de projecto, a coexistência harmoniosa dos edifícios e do ambiente também será plenamente considerada, e serão adoptados conceitos de design ecológicos para reduzir o impacto no ambiente natural. Por exemplo, planejar racionalmente o layout e a orientação do edifício, aproveitar ao máximo a iluminação e ventilação naturais e reduzir o uso de iluminação artificial e sistemas de ar condicionado. Implantar paisagens verdes e sistemas de coleta de águas pluviais ao redor do edifício para conseguir a reciclagem dos recursos hídricos e melhorar o ambiente ecológico.

A multifuncionalidade também é uma das tendências de desenvolvimento de estruturas metálicas totalmente equipadas. Com a melhoria contínua da demanda das pessoas pelas funções dos edifícios, os edifícios com estrutura de aço terão mais funções e características. No projeto arquitetônico, será dada atenção à flexibilidade e variabilidade do espaço para que o edifício possa se adaptar às diferentes necessidades de uso. Ao adotar divisórias e móveis móveis, a livre combinação e ajuste do espaço interno pode ser alcançada para atender às necessidades personalizadas de diferentes usuários. Os edifícios com estrutura de aço também integrarão múltiplas funções, como escritórios, residências, negócios, lazer, etc., para criar um espaço de construção abrangente. Em alguns projetos complexos de grande escala em algumas cidades, os edifícios com estrutura de aço combinam organicamente áreas funcionais, como áreas de escritórios, áreas comerciais e áreas residenciais, para formar um espaço urbano totalmente funcional, conveniente e eficiente.

Na concepção funcional dos edifícios, será também dada atenção à inteligência e humanização, equipada com sistemas avançados de controlo inteligente, para conseguir uma gestão inteligente dos equipamentos do edifício, do ambiente, etc., e proporcionar aos utilizadores um ambiente de vida e de trabalho confortável e conveniente. Em alguns edifícios públicos, as estruturas metálicas terão melhor desempenho acústico, óptico e térmico, proporcionando às pessoas um espaço de actividade mais confortável. Por exemplo, em ginásios, salas de exposições e outros edifícios, o efeito acústico é melhorado através da utilização de materiais absorventes de som e de um design de espaço razoável, o que melhora a experiência do público e dos visitantes. No projeto de iluminação de edifícios, são utilizados materiais e tecnologia de iluminação avançados para maximizar a iluminação natural e, ao mesmo tempo, garantir a temperatura e o conforto internos.

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