Materiali da costruzione in acciaio si riferisce al termine generale per vari materiali composti principalmente da acciaio e lavorati e formati mediante fusione, laminazione, saldatura, piegatura a freddo e altri processi e utilizzati nella struttura principale o nel sistema di recinzione di edifici e strutture. Hanno superato i tradizionali materiali in mattoni, legno e pietra e sono diventati il pilastro centrale del moderno settore edile.
I membri principali includono:
Acciaio strutturale: come acciaio a forma di H laminato a caldo, acciaio a forma di I (acciaio a forma di I), acciaio angolare, acciaio a canale, tubo quadrato/rettangolare (acciaio a forma di scatola), tubo d'acciaio tondo, piastra d'acciaio, ecc., che costituiscono lo scheletro dell'edificio (travi, colonne, capriate).
Armatura: acciaio filettato, barre d'acciaio tonde semplici, ecc., sono annegate nel calcestruzzo per formare cemento armato, migliorando notevolmente la resistenza alla trazione.
Acciaio a pareti sottili piegato a freddo: le piastre sottili di acciaio sono piegate a freddo in sezioni trasversali a forma di C, a U, a Z e altre, utilizzate per strutture leggere in acciaio (come edifici residenziali bassi, soppalchi) e strutture secondarie.
Piastre di acciaio/piastre di metallo: utilizzate per la pavimentazione (piastre di acciaio ondulato), sistemi di recinzione di pareti/tetti (piastre di acciaio colorate, pannelli sandwich).
Connettori: bulloni ad alta resistenza, materiali di saldatura, piastre di collegamento, ecc., per garantire l'integrità e la stabilità della struttura.
Caratteristiche principali:
Ottima robustezza e leggerezza: L'elevatissimo rapporto resistenza/peso consente la realizzazione di edifici con ampie luci e altezze libere elevate, riducendo il carico di fondazione.
Omogeneità e affidabilità: il materiale è uniforme, le proprietà meccaniche sono stabili, il controllo di qualità del processo di produzione è rigoroso e i risultati dei calcoli di progettazione sono affidabili.
Eccellente tenacità plastica: può assorbire enormi quantità di energia (come terremoti e carichi di vento) e non è soggetto a improvvise fratture fragili.
Prefabbricazione in fabbrica e assemblaggio efficiente: i componenti sono prefabbricati con precisione in fabbrica e il collegamento a bullone o la saldatura avviene rapidamente sul posto, il che riduce notevolmente il periodo di costruzione.
Verde e sostenibile: altamente riciclabile (il tasso di riciclaggio può raggiungere oltre il 95%) e l'inquinamento della costruzione è basso (principalmente funzionamento a secco).
Design flessibile e modellazione libera: forte plasticità, forme architettoniche complesse e nuove facili da ottenere e requisiti di spazio di grandi dimensioni.
1. Perché scegliere i materiali da costruzione in acciaio?
Nella concorrenza di molti materiali da costruzione, i materiali in acciaio si distinguono e i loro vantaggi sono insostituibili:
Ottimi vantaggi economici:
Breve periodo di costruzione = rapido recupero del capitale: la velocità di costruzione della prefabbricazione e dell'assemblaggio supera di gran lunga le tradizionali strutture in cemento, risparmiando molto tempo e costi di manodopera, e il progetto viene messo in atto prima per generare benefici.
Riduzione dei costi complessivi: la riduzione del peso morto strutturale consente di risparmiare sui costi di fondazione; la produzione in fabbrica riduce i rifiuti in loco; i costi di manutenzione successiva sono relativamente bassi; elevato utilizzo dello spazio (griglia di colonne grandi, trave piccola e sezione di colonne).
Valore a lungo termine: la forte durabilità riduce la frequenza di ristrutturazione, ha una lunga durata e un buon valore residuo (riciclabile).
Massimi vantaggi in termini di prestazioni:
Sicuro e affidabile: l'elevata resistenza e l'elevata duttilità forniscono un'eccellente resistenza ai terremoti e al vento, che è la scelta ideale per le aree soggette a terremoti e tifoni.
Qualità stabile e controllabile: l'ambiente di produzione in fabbrica è rigoroso, gli standard di controllo qualità sono elevati e la precisione dei componenti è garantita.
Grandi luci e grandi spazi: realizza facilmente strutture di grandi dimensioni senza o con poche colonne (come palestre, fabbriche, padiglioni espositivi).
Facile da trasformare ed espandere: il sistema strutturale è chiaro, il che è conveniente per successivi rinforzi, aggiunta di pavimenti o ri-divisione dello spazio.
Una scelta green per lo sviluppo sostenibile:
Un modello di economia circolare: l’acciaio è attualmente uno dei materiali con il più alto tasso di riciclo. Può essere riciclato quasi all'infinito senza ridurre le prestazioni, riducendo significativamente gli scarti di costruzione e il consumo di risorse (secondo i dati della World Steel Association).
Bassa impronta di carbonio: sebbene il consumo energetico di produzione sia elevato, la sua lunga durata, riciclabilità e costruzione prefabbricata riducono il consumo energetico e le emissioni in loco, rendendo competitive le emissioni di carbonio dell'intero ciclo di vita. Il breve processo di utilizzo dei rottami di acciaio del forno ad arco elettrico può ridurre ulteriormente le emissioni di carbonio.
Ridurre l'inquinamento in loco: il funzionamento a secco è il metodo principale, che riduce notevolmente l'inquinamento da rumore, polvere e acque reflue del funzionamento a umido nell'ambiente.
Compatibile con la tecnologia verde: il telaio in acciaio è una piattaforma ideale per l'integrazione di tecnologie di risparmio energetico come pannelli solari fotovoltaici e tetti verdi.
Flessibilità progettuale e costruttiva:
Libertà di forma: realizza la creatività sfrenata dell'architetto e crea molti edifici iconici (come lo stadio Bird's Nest e la Torre Eiffel).
Prefabbricazione e assemblaggio: un metodo di costruzione altamente industrializzato, meno influenzato dagli agenti atmosferici, con un migliore controllo della qualità e del periodo di costruzione, in linea con la direzione di sviluppo dell'industrializzazione edilizia.
Elevata precisione: la produzione in fabbrica garantisce dimensioni precise dei componenti e piccoli errori di assemblaggio in cantiere.
2. Principali aree di applicazione dei materiali da costruzione in acciaio
La forte adattabilità dei materiali in acciaio lo fa apparire in tutti i tipi di progetti di costruzione:
Edifici industriali:
Fabbrica/officina: la forma strutturale preferita per fabbriche a un piano o a più piani. Grandi luci e grandi spazi soddisfano il layout delle attrezzature produttive e delle linee di montaggio.
Magazzino/centro logistico: la struttura in acciaio è la soluzione perfetta per un'ampia altezza libera e una spaziatura tra le colonne per facilitare lo stoccaggio del carico e una circolazione efficiente.
Strutture industriali pesanti: come telai, piattaforme di apparecchiature e supporti di tubi di centrali elettriche, raffinerie e impianti chimici.
Edifici commerciali e pubblici:
Grandi centri commerciali/centri commerciali: per attirare i clienti sono necessari spazi interni spaziosi e flessibili.
Edifici per uffici/grattacieli: la struttura combinata con telaio in tubo d'acciaio è la forma tradizionale dei moderni grattacieli moderni (come la Torre di Shanghai).
Stadi/centri congressi ed espositivi: realizzare tetti di grandissime dimensioni e tribune senza ostacoli per offrire un'esperienza spaziale scioccante (come il Nido d'Uccello e i grandi terminal aeroportuali).
Scuole/ospedali/aeroporti/snodi di trasporto: richiedono una costruzione rapida, basse interferenze e una disposizione spaziale flessibile.
Infrastruttura:
Ponti: i cavi principali, i piloni e gli impalcati dei ponti di grandi dimensioni (ponti sospesi e ponti strallati) sono componenti chiave; i ponti in acciaio di piccola e media campata sono sempre più utilizzati.
Strutture a palo di torre: torri elettriche, torri di comunicazione, torri di turbine eoliche, ecc.
Piattaforme offshore: la struttura principale delle piattaforme di trivellazione petrolifera offshore.
Campi emergenti e multi-story:
Edifici a più piani: l'applicazione di sistemi di chiglia in acciaio leggero negli edifici per uffici, condomini e alberghi (in particolare edifici modulari) è in rapida crescita.
Edifici bassi e residenziali:
Ville/residenze in acciaio leggero: sistemi di chiglia in acciaio leggero a pareti sottili piegati a freddo, costruzione rapida, buon isolamento termico e prestazioni di risparmio energetico ed eccellente resistenza ai terremoti.
Edifici residenziali a più piani con struttura in acciaio: promuoverli gradualmente per risolvere la "carenza di manodopera" e migliorare la qualità degli edifici e il livello di industrializzazione.
Strutture speciali: Torri di trasmissione, sculture, edifici temporanei (case mobili, palcoscenici), ecc.
3. Domande frequenti (domande e risposte)
D: Gli edifici con struttura in acciaio sono più costosi degli edifici in cemento armato?
R: Non si può generalizzare. Il costo iniziale del materiale può essere leggermente più alto, ma considerando il costo complessivo (costi finanziari e di gestione risparmiati da un periodo di costruzione ridotto, costi di base ridotti, benefici apportati dall'elevato utilizzo dello spazio, bassi costi di manutenzione a lungo termine, valore recuperabile, ecc.), le strutture in acciaio di solito presentano vantaggi economici significativi, soprattutto in progetti industriali, commerciali e di costruzione su larga scala.
D: Cosa devo fare se l'acciaio è soggetto a ruggine e corrosione?
R: Questo è prevenibile e controllabile. Le moderne strutture in acciaio adottano molteplici misure protettive:
Pretrattamento superficiale: sabbiatura per rimuovere la ruggine al livello specificato.
Rivestimento anticorrosivo a lungo termine: primer spray, vernice intermedia, finitura (come primer epossidico ricco di zinco, vernice intermedia in ferro micaceo epossidico, finitura in poliuretano), progettare il sistema di rivestimento e lo spessore in base al livello di corrosione ambientale.
Zincatura a caldo: molto efficace per piccoli componenti o parti in ambienti difficili.
Acciaio resistente agli agenti atmosferici: in determinate condizioni atmosferiche si forma uno strato di ruggine stabile e denso per proteggere il substrato, eliminando la necessità di verniciatura e manutenzione (spesso utilizzata per le strutture esposte).
Protezione catodica: utilizzata per strutture sottomarine o sotterranee (come fondazioni su pali di piattaforme offshore). La progettazione standard, la costruzione attenta e l'ispezione e la manutenzione regolari possono garantire il servizio a lungo termine delle strutture in acciaio.
D: L'acciaio non è resistente al fuoco, cosa devo fare in caso di incendio?
R: Sebbene l'acciaio non sia infiammabile, la sua resistenza diminuirà drasticamente alle alte temperature (superiori a circa 550°C). Pertanto, la protezione antincendio è un requisito obbligatorio per la progettazione delle strutture in acciaio. I metodi comuni includono:
Rivestimento ignifugo: rivestimento ignifugo intumescente (si espande nel fuoco per formare uno strato isolante di carbonio) o non intumescente (isolamento spesso).
Involucro di pannelli ignifughi: pannelli di cartongesso, pannelli di silicato di calcio, pannelli di lana di roccia, ecc.
Avvolgimento in calcestruzzo/malta: Forma uno strato protettivo.
Struttura riempita d'acqua (camicia d'acqua).
Attraverso la progettazione e la costruzione scientifica, il limite di resistenza al fuoco delle strutture in acciaio può soddisfare pienamente i requisiti delle normative sulla protezione antincendio degli edifici.
D: L'effetto di isolamento acustico e di isolamento termico degli edifici con struttura in acciaio è buono?
R: L'acciaio stesso è un buon conduttore di calore (conduzione rapida del calore), ma le prestazioni di isolamento termico e acustico degli edifici con struttura in acciaio dipendono principalmente dal sistema di chiusura e dai materiali di riempimento (come lana isolante per pareti/tetto, pannelli sandwich, pannelli decorativi per pareti interne ed esterne, struttura di isolamento acustico del pavimento). I moderni sistemi di strutture in acciaio possono soddisfare pienamente o addirittura superare i requisiti di comfort degli edifici tradizionali attraverso una progettazione ragionevole degli strati isolanti, l'uso della tecnologia dei ponti rotti (blocco dei ponti termici), il riempimento con materiali fonoisolanti ad alte prestazioni e altre misure. La parete leggera della chiglia in acciaio riempita con lana di vetro o lana di roccia è un'eccellente struttura di isolamento termico e acustico.
D: La struttura in acciaio è adatta all'uso residenziale?
R: Molto adatto e una delle direzioni di sviluppo futuro.
Il sistema di chiglia in acciaio leggero è ampiamente utilizzato in ville basse, case rurali, appartamenti, case modulari, ricostruzione post-disastro, ecc., con i vantaggi di una buona resistenza ai terremoti, costruzione rapida, risparmio energetico, protezione ambientale e spazio flessibile.
La tecnologia degli edifici residenziali a più piani con struttura in acciaio è matura e ampiamente utilizzata all’estero e viene attivamente promossa anche in Cina. I suoi vantaggi sono l’elevata velocità di costruzione (circa 1/3 inferiore rispetto a quelli tradizionali), l’alta qualità dei componenti prodotti in fabbrica, l’elevata velocità di costruzione, prestazioni sismiche superiori e una più semplice realizzazione di edifici verdi e di costruzioni industrializzate (edifici prefabbricati).
I materiali da costruzione in acciaio hanno cambiato profondamente il volto dell’architettura moderna con la loro resistenza, tenacità, velocità di costruzione, flessibilità di progettazione e sostenibilità senza precedenti. Dai magnifici edifici storici agli impianti industriali efficienti e pratici, dai ponti sui fossati naturali alle case calde e confortevoli, le strutture in acciaio stanno costruendo silenziosamente spazi più sicuri, più efficienti e più verdi per gli esseri umani. Con il continuo progresso della scienza dei materiali, della tecnologia di produzione e dei concetti di progettazione, l’acciaio, in quanto struttura centrale degli edifici, svolgerà un ruolo sempre più critico nel plasmare un futuro ambiente di vita sostenibile. Scegliere l'acciaio significa scegliere un futuro dell'architettura forte, efficiente e green.
