4. Estructura de membrana de cable: un pionero flexible en el modelado arquitectónico

SComposición del sistema aº Principio de soporte de fuerza
Compuesto por cables de estructura de acero de alta resistencia (φ12-φ100), membranas tensadas (PTFE/ETFE) y estructuras de acero de soporte (mástiles/vigas circulares), forma una forma hiperboloide estable mediante pretensado. La membrana tiene un espesor de tan solo 0,5-1,5 mm, un peso propio inferior a 1 kg/m² y una resistencia a la tracción de 50-150 MPa. En combinación con la red de cables, puede alcanzar luces sin soporte de más de 200 metros.

Campos de aplicación innovadores
Arquitectura paisajística: estructuras de acero, marquesinas para estadios (como la sombrilla del Estadio de Shanghai), marquesinas para plazas comerciales.
Arquitectura ecológica: estructuras de acero Invernaderos de jardines botánicos (Proyecto Edén en Reino Unido), que utilizan la alta transmitancia de luz (95%) de las membranas de ETFE para lograr iluminación natural.
Edificios temporales: estructuras de acero Grandes salas de exposiciones (Pabellones Nacionales de la Expo Mundial), desmontables y reutilizables (vida útil del material de la membrana: 15-30 años).

Consideraciones fundamentales para la selección
Selección del material de la membrana: Las membranas de PTFE (autolimpiables, fuerte resistencia a la intemperie) son adecuadas para edificios con estructuras de acero permanentes; las membranas de PE (rentables) son adecuadas para instalaciones temporales.
Condiciones de carga: Se debe verificar la tensión de la superficie de la membrana en condiciones climáticas extremas (las áreas de tifones deben resistir una presión de viento de 1,2 kPa, las áreas de nieve necesitan una carga de nieve de 1,0 kPa).
Diseño de búsqueda de forma: Determinar la curvatura de la superficie de la membrana a través de modelado 3D, asegurando una pendiente de drenaje ≥5% para evitar la acumulación de agua formando "bolsas de agua".

5. Estructura de celosía de tubos: un actor transfronterizo en la industria y los puentes

Características estructurales y ventajas del material
Utilizando tubos de acero circulares (estructuras de acero, tubos sin costura/tubos con costura recta) conectados mediante uniones soldadas (estructuras de acero que intersecan y cortan directamente los elementos) o placas de refuerzo, se forma un sistema de soporte de fuerza tipo cercha. La rigidez a la flexión de la sección de tubo de acero es entre un 30 % y un 50 % superior a la del acero de sección H, y la sección cerrada ofrece un excelente rendimiento anticorrosivo (vida útil de hasta 50 años tras el galvanizado), lo que la hace especialmente adecuada para entornos húmedos y corrosivos.

Escenarios de aplicación diversificados
Talleres industriales: Cubiertas de fábricas de estructuras de acero de maquinaria pesada (luz 40-60 metros), capaces de soportar cargas suspendidas de más de 30 toneladas.
Ingeniería de puentes: Puentes con estructuras de acero en forma de celosía para carreteras (como el puente Wuhan Gutian), con una longitud de hasta 150 metros, un 60 % más ligeros que los puentes de hormigón.
Edificios de exposición: Salas de exposiciones con estructuras de acero de grandes luces (Pabellón de la Feria de Cantón), logrando una estética lineal simple con cerchas de tubos rectangulares.

Especificaciones técnicas para la selección
Forma de las cerchas: Cerchas triangulares para luces cortas (<30 metros), cerchas trapezoidales para luces medias y cerchas de cordones paralelos para luces largas (facilitando la estandarización de nodos).
Disposición de los elementos de la red: La longitud del panel debe controlarse entre 1,5 y 3 metros para evitar una relación de esbeltez excesiva de los elementos (elementos de compresión λ≤150, elementos de tensión λ≤300).
Tecnología de unión: Las uniones entrecruzadas deben procesarse con máquinas de corte de línea entrecruzada CNC, y el ángulo entre las tuberías ramificadas y las tuberías principales debe ser ≥30° para garantizar la calidad de la soldadura.

Decisión de selección en cinco pasos: una guía práctica para principiantes

Aclarar los grados de amplitud:
Pequeñas luces (<30 metros): Estructuras ligeras de acero tipo pórtico (prioridad a la economía).
Luz media (30-60 metros): Estructura de acero/armadura de tubos (equilibrio entre función y coste).
Gran luz (60 metros): Estructuras de acero en forma de rejilla/estructura de cable-membrana (dominadas por el rendimiento espacial).

Analizar las características de la carga:
Carga estática dominada (carga del techo): Prioridad a la rejilla/cercha.
Carga dinámica dominada (grúa/terremoto): prioridad a la estructura de acero (buena ductilidad).
Sensible a la carga de viento y nieve: Las estructuras de acero con membrana de cable necesitan reforzar el diseño de pretensión.

Funciones de creación de coincidencias:
Requisitos de partición flexible: Estructura de acero (secciones pequeñas de vigas y columnas, alto aprovechamiento del espacio).
Requisitos de transparencia visual: estructuras de acero Estructura de cable-membrana (transmisión de luz del material de la membrana opcional 20%-90%).
Soporte de equipos pesados: estructuras de acero, armaduras de tuberías (ventaja de alta rigidez).

Considere las condiciones de construcción:
Tasa de prefabricación en fábrica: Las rejillas esféricas atornilladas (80 % de procesamiento en fábrica) son adecuadas para la construcción de estructuras de acero prefabricadas.
Capacidad de elevación en sitio: Los componentes súper grandes (como cerchas de estructuras de acero de 50 toneladas) requieren grúas de 500 toneladas.

Indicadores económicos de equilibrio:
Costo unitario de referencia: Marco de portal de acero ligero (800-1200 yuanes/㎡) < marco de acero (1500-2500 yuanes/㎡) < armadura de tubería (2000-3000 yuanes/㎡) < rejilla de acero (2500-4000 yuanes/㎡) < estructuras de acero de membrana de cable (3000-8000 yuanes/㎡).

El encanto de las estructuras de acero reside en la perfecta unidad de fuerza y forma. Las diferentes formas estructurales de acero no solo son producto de las leyes mecánicas, sino también portadoras de creatividad arquitectónica. Los principiantes deben recordar: no existe la mejor estructura de acero, solo la más adecuada. Mediante la correspondencia tridimensional de luz, carga y función, combinada con las condiciones de construcción y los indicadores económicos, se pueden tomar decisiones científicas en proyectos reales.