En el campo de la ingeniería de la construcción, las estructuras de acero se han convertido en una opción importante para los edificios modernos gracias a sus eficientes propiedades mecánicas y su flexible capacidad de modelado. Dominar las formas estructurales básicas de las estructuras de acero y su lógica de selección es clave para acceder a este campo profesional. Aprendamos cinco estructuras típicas: pórtico ligero de acero, estructura de acero, malla de acero, membrana de cables y cerchas de tuberías, para que podamos establecer rápidamente un sistema de conocimientos.

1. Estructura de pórtico de acero ligero: una opción rentable para edificios pequeños y medianos

Estructura del núcleo y características mecánicas
El pórtico de acero ligero consta de un pórtico (uniones rígidas de vigas y columnas de acero con sección en H), un sistema de correas (de acero con sección en C/Z) y un sistema de arriostramiento de estructuras de acero, conformando un sistema de estructuras de acero plano y resistente. Su principal ventaja reside en el diseño de sección transversal variable: las secciones transversales de las vigas y columnas de las estructuras de acero se optimizan según los cambios de fuerza interna para lograr un uso eficiente de los materiales. La cubierta y los muros de las estructuras de acero utilizan chapas de acero perfiladas ligeras (con un peso propio de tan solo 0,1-0,3 kN/㎡), lo que reduce la carga de cimentación entre un 40 % y un 60 % en comparación con las estructuras de hormigón.

Escenarios típicos de aplicación
Adecuado para edificios industriales (estructuras de acero, talleres ligeros, almacenaje y logística) e instalaciones comerciales (salas de exposiciones, garajes) con un vano de 20 a 30 metros y una altura de alero de hasta 10 metros. Entre los proyectos típicos se incluyen almacenes y talleres de producción de estructuras de acero de JD Logistics para pequeñas y medianas empresas, con un plazo de construcción de tan solo 4 a 8 semanas y un coste entre un 20 % y un 30 % inferior al de las estructuras de hormigón.

Tres factores clave para la selección
Control de tramos: Cuando el tramo supere los 30 metros, se deben adoptar marcos rígidos de tipo reticular o arriostramientos en medio de los tramos para evitar un aumento excesivo de las secciones transversales de vigas y columnas.
Adaptación de carga: para cargas de grúa ≤20 toneladas, se prefieren marcos rígidos de alma sólida; para cargas con sobrepeso, cambie a sistemas de marcos de acero.
Diseño de uniones: Las uniones rígidas viga-columna necesitan comprobar la capacidad de transmisión del momento flector, las uniones articuladas sólo son adecuadas para escenarios sin grúas o con cargas ligeras. 

2. Estructura de acero: un mago del espacio para edificios de varios pisos

Características estructurales y ventajas del sistema
Compuesto por columnas de acero (estructuras de acero de sección en H/tubos circulares de acero) y vigas de acero (estructuras de acero de sección en H/vigas mixtas) mediante uniones rígidas (estructuras de acero con uniones híbridas soldadas/perno-soldadas), forma un sistema de soporte de fuerzas espacial que permite alcanzar una separación entre columnas de más de 9 metros (p. ej., las mallas de columnas de estructuras de acero de 8,4 metros, comúnmente utilizadas en edificios de oficinas). Al combinarse con uniones articuladas y sistemas de arriostramiento, se adapta con flexibilidad a diferentes requisitos de fortificación sísmica (fortificación de hasta 8 grados).

Tipos de edificios aplicables
Edificios comerciales de varios pisos: edificios de oficinas con estructuras de acero de 5 a 15 pisos (como la serie SOHO), con planos libremente divisibles para satisfacer las necesidades de oficinas abiertas.
Edificios industriales: estructuras de acero Talleres pesados (como talleres de procesamiento mecánico), que pueden soportar grúas puente de 50 toneladas o más.
Edificios sísmicos: Su alta ductilidad lo convierte en la primera opción para zonas propensas a terremotos (como Sichuan, Japón).

Parámetros clave para la selección
Límite de relación altura-ancho: cuando se excede 1:5, los tubos centrales/cerchas de arriostramiento se deben configurar para controlar la relación de deriva entre pisos ≤1/250.
Forma de la junta: En zonas sísmicas, se da prioridad al diseño de miembros débiles y de juntas fuertes, y se mejora la capacidad de disipación de energía mediante placas de refuerzo de la zona de la junta.
Losas de piso compuestas: Las losas de piso compuestas de chapa de acero perfilada (de 80 a 150 mm de espesor) pueden reducir la altura de las vigas de acero y mejorar la utilización de la altura del piso.

3. Estructura de rejilla de acero: un modelo de soporte de fuerzas espaciales para edificios de gran envergadura

Composición geométrica y ventajas mecánicas
Compuesto por tubos de acero (φ48-φ325) mediante uniones esféricas (estructuras de acero con esferas huecas soldadas o atornilladas) dispuestas en una cuadrícula regular (estructuras de acero con pirámide cuadrada, pirámide triangular, etc.), forma un sistema de soporte de fuerzas espacial, logrando una rigidez a la flexión bidireccional equilibrada. El espesor de las mallas planas es de aproximadamente 1/10-1/15 de la luz, y la altura de las mallas curvas (como las cúpulas) es de 1/6-1/8 de la luz, con un consumo total de acero de tan solo 30-50 kg/m².

Escenarios de aplicación de referencia
Edificios deportivos: estructuras de acero Gimnasios (como la estructura de mantenimiento exterior del Nido de Pájaro), estructuras de acero Piscinas, cubriendo vanos súper grandes de 80-150 metros.
Centros de transporte: estructuras de acero Terminales aeroportuarias (techo del corredor del Aeropuerto Internacional Daxing de Pekín), logrando un espacio transparente sin columnas.
Talleres industriales: estructuras de acero Talleres de fabricación de aeronaves (que requieren una luz libre superior a 300 metros), combinados con sistemas de grúas suspendidas.

Puntos técnicos para la selección
Adaptación de planos: para planos rectangulares se seleccionan cuadrículas piramidales cuadradas, y para planos circulares se seleccionan cuadrículas tridireccionales o estructuras en forma de cúpula.
Selección de juntas: Para luces ≤60 metros, se utilizan juntas esféricas atornilladas (prefabricadas en fábrica, fáciles de instalar); para luces supergrandes, se utilizan juntas esféricas soldadas (con mayor capacidad portante).
Carga del techo: Se debe verificar la carga de deslizamiento de nieve para techos de muro cortina de vidrio; se debe considerar la succión del viento (presión negativa local de hasta -1,5 kPa) para techos de metal con estructuras de acero.