Guida alla composizione dell'acciaio strutturale e ai suoi usi in edilizia

Avete mai osservato grattacieli imponenti o ammirato magnifici ponti che attraversano vasti fiumi?Come l'uomo di ferro della costruzione.L'acciaio strutturale è un materiale straordinario che sostiene la vita moderna grazie alla sua eccezionale resistenza e durata.E dove gioca ruoli crucialiEsploriamo questo materiale vitale in dettaglio.

In poche parole, l'acciaio strutturale è un metallo a base di carbonio utilizzato principalmente nei progetti di costruzione.si riferisce a una gamma di prodotti in acciaio che soddisfano specifiche norme industriali stabilite dall'ASTM InternationalSolo l'acciaio conforme alle norme ASTM è considerato acciaio strutturale.

La differenza fondamentale tra acciaio strutturale e acciaio non strutturale risiede nella composizione.

L'acciaio è una lega di ferro e carbonio, due elementi familiari che raramente esistono in forma pura.L'acciaio strutturale ottiene le sue proprietà superiori attraverso un controllo preciso del contenuto di carbonio e l'aggiunta di altri elementi di lega.

La produzione di acciaio avviene attraverso due metodi primari: la lavorazione delle materie prime (merce di ferro) o il riciclo degli scarti di acciaio.

1. Estrazione del minerale di ferro:Le miniere del Minnesota, negli Stati Uniti, contengono abbondanti risorse di minerale di ferro, in genere in forma di magnetite che richiedono processi di rettifica e separazione magnetica.
2. Fusione in altoforno:In altoforni, il minerale di ferro si mescola con il coke (carbone ricco di carbonio) sotto calore estremo,causando reazioni chimiche in cui i legami di carbonio con l'ossigeno da ossidi di ferro, producendo monossido di carbonio e ferro, un processo chiamato riduzione.
3. Controllo del tenore di carbonio:Il materiale risultante contiene un eccesso di carbonio per gli standard di acciaio strutturale.25% ∆ caratteristica distintiva dell'acciaio strutturale che fornisce una resistenza ottimale pur mantenendo un'eccellente duttilità e lavorabilità.

Oltre alla lavorazione delle materie prime, l'acciaio strutturale può essere prodotto anche attraverso il riciclaggio degli scarti di acciaio, un'alternativa ecologica ed economica.

• Forno ad arco elettricoGli scarti di acciaio si fondono in forni ad arco elettrico utilizzando alte temperature generate da elettrodi.

L'acciaio strutturale serve diverse applicazioni al di là della costruzione, tra cui la produzione automobilistica e le infrastrutture energetiche.e imballaggi per alimenti/bevandeTuttavia, ci concentreremo sulle sue applicazioni architettoniche.

L'acciaio strutturale è comunemente costruito:

• Edifici a grattacieli
• Strutture residenziali
• Impianti industriali/magazzini
• Ponte
• Strutture di parcheggio

L'acciaio strutturale rimane la scelta preferita da ingegneri, architetti e appaltatori a causa della sua forza senza pari.dimostrare flessibilità, e mantenere le qualità di efficienza economica che lo rendono ideale per diversi progetti di costruzione.

Un'altra caratteristica cruciale è la lavorabilità: l'acciaio strutturale può essere facilmente tagliato e modellato in varie forme.

Mentre le forme possono essere personalizzate, le forme tradizionali rientrano in quattro categorie: travi, angoli, canali o piastre.

• Leghe:
  • I-razzi:L'iconica sezione a forma di I appare in quasi tutte le principali strutture.
  • Legami U:Le travi a forma di U supportano carichi verticali e alcuni carichi orizzontali, anche se con una capacità inferiore rispetto alle travi a forma di I.
  • Leghe rotonde/quadrate:Le travi solide sono più comuni nelle attrezzature industriali che nei cornici edilizi.
• Angoli:
  • Fonti angolari:Le travi a forma di L con connessioni a 90° ancorano i sistemi di pavimento alle fondamenta e creano giunzioni angolari.
  • Sezioni strutturali vuote (HSS):Le barre vuote circolari eccellono nei telai saldati che gestiscono carichi multidirezionali e offrono un'eccezionale resistenza alla piegatura laterale-torsionale.
• Dischi:
  • Barre piatte:Piastre rettangolari che servono come componenti di connessione nelle strutture residenziali/commerciali.
• Canali:
  • C-Canali:Le unità in forma di C laminate a caldo supportano travi portanti principali con connessioni a flange più ampie rispetto alle travi a I.

Un'altra applicazione essenziale sono le barre di rinforzo in acciaio incorporate nel calcestruzzo per aumentare la resistenza.La resistenza alla trazione dell'acciaio strutturale completa perfettamente la resistenza alla compressione del calcestruzzo.

Rebar compare in:

• Ponte
• Edifici
• Grattacieli
• Caselle
• Immagazzini
• Fondazioni

La maggior parte del minerale statunitense proviene dal Minnesota e dalla regione del Lago Superior del Michigan, con fonti aggiuntive nello Utah.Le miniere di acciaio americane producono oltre 9 milioni di tonnellate all'anno, superando di gran lunga il consumo interno del 2017 di 3 milioni di tonnellate..5 milioni di tonnellate.

Tuttavia, le importazioni di acciaio strutturale prefabbricato sono aumentate considerevolmente dal 2010, superando il milione di tonnellate nel solo 2018 provenienti dalla Cina, dal Messico, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone, dal Giappone e dal Giappone.e Canada, una questione controversa riguardante l'occupazione domestica e la dipendenza dalle risorse.

Come tutti i materiali, l'acciaio strutturale presenta sia vantaggi che limitazioni.

• Durabilità:Il rapporto forza/peso superiore e la resistenza alla trazione (resistenza alle forze di allungamento) aumentano la longevità.
• Capacità di costruzione:La facilità di fabbricazione in varie forme consente la flessibilità della progettazione.
• Risparmio economico:La struttura in acciaio si rivela spesso più economica grazie:
  • Riduzione dei costi di fondazione (strutture più leggere)
  • Costruzione più veloce che riduce le spese di manodopera
  • Precedenti abitazioni che hanno generato entrate
  • Ristrutturazioni più semplici/meno costose
• Sicurezza:Molti organismi di regolamentazione supervisionano la produzione. I rivestimenti protettivi impediscono danni da corrosione / incendio. L'acciaio è resistente alla muffa (a differenza del legno) e offre la riciclabilità.

• Corrosione:Tutte le leghe di ferro si degradano dall'esposizione all'aria/umidità, anche se i rivestimenti lo attenuano.
• Resistenza al fuoco:Mentre l'acciaio si scioglie intorno a 2500 ° F (rispetto ai tipici incendi di edifici che raggiungono 2000 ° F), perde l'integrità strutturale ad alte temperature, richiedendo la protezione antincendio.
• Efficienza energetica:Il ponte termico (trasferimento di calore attraverso le cornici in acciaio) riduce l'isolamento rispetto alle cornici in legno.

L'acciaio strutturale varia in base alla composizione chimica e alle proprietà meccaniche (rendimento / resistenza alla trazione).

• A36:Popolare per colonne, travi e pavimentazioni con eccellente resistenza e convenienza.
• A572:Un rapporto forza/peso più elevato ideale per ponti, torri di trasmissione e montagne russe.
• A588:Una resistenza alla corrosione atmosferica superiore si adatta a progetti all'aperto.
• A514:Capacità di carico estrema (100.000 psi) per gru e macchine pesanti.

L'acciaio strutturale mantenuto correttamente dura da 50 a 100 anni, resistente alla muffa, all'umidità, alle termiti, al vento e alle forze sismiche.Gli ingegneri combattono la corrosione con la galvanizzazione, preparazione, rivestimento in polvere o bluing, tenendo conto di fattori ambientali quali:

• Livelli di pH
• Esposizione all'ossigeno
• Contenuto di umidità
• Contatto con acqua salata
• Temperatura/umidità
• Precipitazioni
• Inquinanti dell'aria

Gli ingegneri strutturali progettano edifici in modo da resistere a carichi vivi/morti, neve, vento e terremoti.Analizzano la composizione del suolo per prevenire problemi di fondazione e sfruttare il rapporto forza/peso dell'acciaio per l'efficienza del materiale.

Il dettaglio strutturale consiste nella creazione di specifiche (disegni o piani scritti) che garantiscono la stabilità a lungo termine.analizzare i progetti per verificare i percorsi di carico corretti che trasferiscono le forze alle fondamentaLe considerazioni includono:

• Limiti di vibrazione
• Stanchezza (fratture indotte dallo stress)
• Torsione

La verniciatura dell'acciaio strutturale ha finalità estetiche e protettive.

1. Lavaggio a pressione per rimuovere detriti/calco (vernice degradata)
2. Scraping e priming per l'adesione della vernice
3. Applicare vernici esterne di alta qualità (a volte acriliche per la durata)

Mentre l'acciaio non si scioglie nei tipici incendi (2000 ° F contro 2500 ° F punto di fusione), i codici edilizi richiedono un valore minimo di resistenza al fuoco di 2 ore in quanto le alte temperature compromettono l'integrità strutturale.

I costi dell'acciaio strutturale grezzo variano in funzione delle condizioni di mercato.

• $0.90-$1.55 per chilo per travi
• ~ 90$ per tonnellata per gli acquisti a granel
• $1,100-$4,300 (o $90-$400 per piede quadrato) per l'installazione media di travi, inclusi ingegneria, permessi, materiali e manodopera