La estructura de acero es una técnica de construcción con una " estructura esquelética " de columnas de acero verticales y vigas en I horizontales , construida en una cuadrícula rectangular para soportar los pisos, el techo y las paredes de un edificio, todos unidos a la estructura. El desarrollo de esta técnica hizo posible la construcción del rascacielos . [1]
El "perfil" o sección transversal de acero laminado de las columnas de acero toma la forma de la letra " I ". Las dos alas anchas de una columna son más gruesas y anchas que las alas de una viga , para soportar mejor los esfuerzos de compresión en la estructura. También se pueden utilizar secciones tubulares de acero cuadradas y redondas, a menudo rellenas de hormigón. Las vigas de acero están conectadas a las columnas con pernos y sujetadores roscados, e históricamente están conectadas mediante remaches . El "alma" central de la viga en I de acero suele ser más ancha que el alma de una columna para resistir los momentos de flexión más altos que ocurren en las vigas.
Se pueden usar láminas anchas de plataforma de acero para cubrir la parte superior del marco de acero como una "forma" o molde corrugado, debajo de una capa gruesa de concreto y barras de refuerzo de acero . Otra alternativa popular es un piso de unidades de piso de concreto prefabricado con algún tipo de cubierta de concreto. A menudo, en los edificios de oficinas, la superficie final del piso se proporciona mediante algún tipo de sistema de piso elevado y el espacio entre la superficie para caminar y el piso estructural se utiliza para cables y conductos de manejo de aire.
La estructura debe protegerse del fuego porque el acero se ablanda con las altas temperaturas y esto puede provocar el colapso parcial del edificio. En el caso de las columnas, esto normalmente se hace encerrándolas en algún tipo de estructura resistente al fuego, como mampostería, hormigón o placas de yeso. Las vigas pueden revestirse de hormigón, placas de yeso o rociarse con un revestimiento para aislarlas del calor del fuego o pueden protegerse mediante una construcción de techo resistente al fuego. El amianto era un material popular para la protección contra incendios de estructuras de acero hasta principios de la década de 1970, antes de que se comprendieran completamente los riesgos para la salud de las fibras de amianto.
La "piel" exterior del edificio está anclada a la estructura mediante diversas técnicas constructivas y siguiendo una enorme variedad de estilos arquitectónicos . Para recubrir la estructura se han utilizado ladrillos , piedra , hormigón armado , vidrio arquitectónico , chapa y simplemente pintura para proteger el acero de las inclemencias del tiempo. [2]
Los marcos de acero conformados en frío también se conocen como marcos de acero livianos (LSF).
Las láminas delgadas de acero galvanizado se pueden formar en frío en montantes de acero para su uso como material de construcción estructural o no estructural para paredes externas y divisorias en proyectos de construcción residencial, comercial e industrial (en la foto). La dimensión de la estancia se establece con un carril horizontal que se ancla al suelo y al techo para delimitar cada estancia. Los montantes verticales están dispuestos en los rieles, generalmente espaciados a 16 pulgadas (410 mm) y sujetos en la parte superior e inferior.
Los perfiles típicos utilizados en la construcción residencial son el montante en forma de C y el riel en forma de U, y una variedad de otros perfiles. Los miembros estructurales generalmente se producen con un espesor de calibre 12 a 25 . Los calibres pesados, como los calibres 12 y 14, se usan comúnmente cuando las cargas axiales (paralelas a la longitud del miembro) son altas, como en la construcción de carga. Los calibres medio-pesados, como los calibres 16 y 18, se usan comúnmente cuando no hay cargas axiales pero sí cargas laterales pesadas (perpendiculares al miembro), como montantes de paredes exteriores que necesitan resistir cargas de viento huracanados a lo largo de las costas. Los calibres ligeros, como el calibre 25, se utilizan comúnmente donde no hay cargas axiales y cargas laterales muy ligeras, como en la construcción de interiores, donde los miembros sirven como marco para las paredes que separan las habitaciones. El acabado de la pared está anclado a los dos lados de la brida del montante, que varía de 1+1 ⁄ 4 a 3 pulgadas (32 a 76 mm) de espesor, y el ancho de la red varía de 1+5 ⁄ 8 a 14 pulgadas (41 a 356 mm). Se eliminan secciones rectangulares de la red para proporcionar acceso al cableado eléctrico.
Las acerías producen chapa de acero galvanizado, material base para la fabricación de perfiles de acero conformados en frío. Luego, la chapa de acero se lamina para formar los perfiles finales utilizados para la estructura. Las láminas están recubiertas de zinc (galvanizadas) para aumentar la protección contra la oxidación y la corrosión . La estructura de acero proporciona una excelente flexibilidad de diseño debido a la alta relación resistencia-peso del acero, lo que le permite abarcar largas distancias y también resistir cargas de viento y terremotos.
Las paredes con estructura de acero se pueden diseñar para ofrecer excelentes propiedades térmicas y acústicas; una de las consideraciones específicas al construir con acero conformado en frío es que pueden ocurrir puentes térmicos a través del sistema de pared entre el ambiente exterior y el espacio interior acondicionado. Los puentes térmicos se pueden proteger instalando una capa de aislamiento fijado externamente a lo largo de la estructura de acero, lo que normalmente se denomina "rotura térmica".
El espacio entre los montantes suele ser de 16 pulgadas entre centros para las paredes interiores y exteriores de la casa, según los requisitos de carga diseñados. En las suites de oficina, el espacio es de 24 pulgadas (610 mm) entre centros para todas las paredes, excepto para los ascensores y las escaleras.
Los marcos formados en caliente, también conocidos como marcos de acero laminado en caliente , están diseñados a partir de acero que se somete a un complejo proceso de fabricación conocido como laminado en caliente. Durante este procedimiento, los miembros de acero se calientan a temperaturas superiores a la temperatura de recristalización del acero (1700 °F). Este proceso sirve para refinar la estructura del grano del acero y alinear su red cristalina. Luego pasa a través de rodillos de precisión para lograr los perfiles de marco deseados. [3]
La característica distintiva de los marcos formados en caliente es el considerable espesor de su viga y sus mayores dimensiones, lo que los hace más robustos en comparación con sus homólogos laminados en frío. Esta resistencia inherente los hace particularmente adecuados para su aplicación en estructuras más grandes, ya que muestran una deformación mínima cuando se los somete a cargas sustanciales.
Si bien es cierto que los miembros de acero laminado en caliente a menudo tienen un costo inicial por componente más alto en comparación con el acero laminado en frío, su rentabilidad se vuelve cada vez más evidente cuando se utilizan en la construcción de estructuras más grandes. Esto se debe al hecho de que los marcos de acero laminado en caliente requieren menos componentes para abarcar distancias equivalentes, lo que genera ventajas económicas en proyectos más grandes.
El uso de acero en lugar de hierro con fines estructurales fue inicialmente lento. El primer edificio con estructura de hierro, Ditherington Flax Mill , se construyó en 1797, pero no fue hasta el desarrollo del proceso Bessemer en 1855 que la producción de acero se hizo lo suficientemente eficiente como para que el acero se convirtiera en un material ampliamente utilizado. Alrededor de 1870 estuvieron disponibles aceros baratos, que tenían alta resistencia a la tracción y a la compresión y buena ductilidad, pero el hierro forjado y fundido continuó satisfaciendo la mayor parte de la demanda de productos de construcción a base de hierro, debido principalmente a los problemas de producir acero a partir de minerales alcalinos. Estos problemas, causados principalmente por la presencia de fósforo, fueron resueltos por Sidney Gilchrist Thomas en 1879.
No fue hasta 1880 que comenzó una era de construcción basada en acero dulce confiable. En esa fecha, la calidad de los aceros que se producían se había vuelto razonablemente constante. [4]
El Home Insurance Building , terminado en 1885, fue el primero en utilizar una construcción de estructura esquelética, eliminando por completo la función de soporte de carga de su revestimiento de mampostería. En este caso, las columnas de hierro simplemente están empotradas en las paredes, y su capacidad de carga parece ser secundaria a la capacidad de la mampostería, particularmente para cargas de viento. En los Estados Unidos, el primer edificio con estructura de acero fue el edificio Rand McNally en Chicago, erigido en 1890.
El Royal Insurance Building en Liverpool diseñado por James Francis Doyle en 1895 (construido entre 1896 y 1903) fue el primero en utilizar una estructura de acero en el Reino Unido. [5]
