Columna de cuadro

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La columna en forma de caja-(también conocida como "columna de caja") es un tipo de estructura de acero-de sección cerrada o componente compuesto de acero-hormigón. Su característica principal es el uso de cuatro placas (o secciones) de acero soldadas entre sí para formar una caja hueca rectangular/cuadrada, que puede llenarse con hormigón o equiparse con tabiques para mejorar la estabilidad.

Según la forma estructural, se puede clasificar en columnas de caja de estructura de acero puro (como soldadura de placa de acero Q355B), columnas de caja de concreto reforzado con acero- (con barras de acero internas y concreto) y columnas de caja de flexión (hormigón reforzado externo + caja de acero interna), etc.

Las dimensiones de la sección transversal-de la columna en forma de caja-se pueden ajustar según los requisitos de ingeniería (como un ancho de 500 mm a 1200 mm, una altura de 500 mm a 1200 mm y un espesor de pared de 10 mm a 50 mm) y es adecuada para diversas condiciones de carga (cargas verticales, fuerzas sísmicas horizontales, cargas de viento, etc.).

La razón por la que las columnas en forma de caja-se han convertido en los componentes preferidos para super-edificios-de gran altura, grandes fábricas y proyectos de puentes radica en sus propiedades mecánicas de "fuerte resistencia a la torsión, alta estabilidad y excelente-capacidad de carga".

Estas propiedades se pueden resumir de la siguiente manera:

1. Excelentes propiedades mecánicas:Excelente rigidez torsional y capacidad de carga-

La sección transversal-cerrada de la columna en forma de caja-le da una rigidez torsional mucho mayor que la sección transversal-abierta (como las columnas de acero en forma de H-) (la rigidez a la torsión es aproximadamente 3-5 veces la del acero en forma de H-). Puede resistir eficazmente los efectos de torsión causados ​​por cargas horizontales (como terremotos y vientos). Al mismo tiempo, la estructura de caja hueca logra una utilización eficiente del material - al llenar el interior con concreto (columnas de caja de concreto reforzado con acero), el rendimiento de compresión del concreto y el rendimiento de tracción del acero se pueden combinar, y la capacidad de carga aumenta entre un 20% y un 30% en comparación con las estructuras de acero puro.

Por ejemplo, la Torre de Shanghai utiliza columnas en forma de caja-con dimensiones de 1200 mm × 1200 mm × 50 mm × 50 mm, e incorpora hormigón armado-de acero para mejorar las áreas de conexión, soportando exitosamente una estructura de 632 metros de altura con garantías de seguridad; En un cierto puente-que cruza un río en Chifeng, los pilares principales utilizan columnas-en forma de caja con dimensiones de 800 mm × 800 mm × 35 mm × 35 mm, y mejoran la capacidad anti-vuelco mediante tecnología de pretensado externo.

2. Fuerte estabilidad: Excelente resistencia al desplazamiento lateral y rendimiento de pandeo.

La sección transversal simétrica bidireccional-de la columna en forma de caja- (con momentos de inercia similares en las direcciones X e Y) garantiza una mejor estabilidad tanto en el plano como en la dirección externa del plano en comparación con las columnas de acero en forma de H-, controlando efectivamente el desplazamiento lateral de la estructura (como el ángulo de desplazamiento entre pisos de los edificios de gran altura). Además, las particiones horizontales internas (con un espacio inferior o igual a 3 m) pueden evitar el pandeo local de la estructura de la caja, mejorando aún más la estabilidad estructural.

Para cumplir con los requisitos de alta estabilidad, se agregan bloques estabilizadores triangulares (conexiones completamente soldadas) entre las particiones de algunas columnas en forma de caja-. Al utilizar la característica de distribución de fuerza triangular, la carga se dispersa y la resistencia sísmica de estas columnas aumenta entre un 15 % y un 20 % en comparación con las columnas tradicionales en forma de caja-.

3.Comodidad de construcción: combinación de la prefabricación en fábrica con el montaje en el sitio-

El diseño modular de las columnas en forma de caja-las hace adecuadas para la prefabricación en fábrica (por ejemplo, a través de líneas automatizadas de corte y soldadura). La instalación en el sitio-solo requiere elevación y conexión con pernos (o soldadura), lo que acorta significativamente el período de construcción. Por ejemplo, en el proyecto del Centro Financiero del Valle Óptico de Wuhan, se utilizaron columnas con estructura de acero en forma de caja-, con una tasa de prefabricación en fábrica del 100%. La instalación-in situ de una sección de la columna solo tardó 3 días en completarse.

Para abordar los problemas de calidad de la soldadura en el sitio, se introdujo un nodo de conexión de doble brida de tipo tubo central (como la tecnología desarrollada por el equipo del profesor Zhang Ailin). Este nodo de conexión logra-el montaje de columnas en obra mediante pernos-de alta resistencia, y su rendimiento mecánico es similar al de los nodos soldados, mientras que la eficiencia de construcción se ha incrementado en un 40%.

4. Alta durabilidad: Excelente resistencia a la corrosión y propiedades ignífugas.

La estructura cerrada de la columna en forma de caja-puede aislar eficazmente el entorno externo (como el agua de lluvia, la niebla salina) y, cuando se combina con revestimientos anticorrosión (como galvanizado en caliente-o revestimientos a base de agua-), su vida útil puede alcanzar más de 50 años. Por ejemplo, las columnas en forma de caja-producidas por Chifeng Shenzhou Steel Structure se tratan con-galvanización en caliente para evitar-corrosión, y las emisiones de VOC se reducen en un 76 % en comparación con los recubrimientos-a base de solvente, cumpliendo con los estándares de protección ambiental de GB/T 38597-2020.

Para las columnas de cajón de hormigón armado-con acero, la capa externa de hormigón puede proporcionar protección contra incendios (con un límite de resistencia al fuego mayor o igual a 2 horas), lo que elimina la necesidad de una aplicación adicional de revestimientos ignífugos, lo que reduce los costos de mantenimiento.

5. Verde y respetuoso con el medio ambiente: materiales reciclables y bajas emisiones de carbono
 

La reciclabilidad del acero para columnas cajón (con una tasa de reciclaje del 98%) es superior a la de las estructuras de hormigón (con una tasa de reciclaje aproximada del 30%), reduciendo la generación de residuos de construcción. Por ejemplo, un proyecto de parque ecológico en Ordos utilizó acero Q345B reciclable. Una vez desmantelada la estructura, la tasa de reciclaje de acero alcanzó el 98%, lo que redujo los residuos de construcción en un 85% en comparación con la estructura de hormigón.

Además, la tecnología de soldadura híbrida por arco láser-introducida recientemente (como el proceso de soldadura de placas de 20 mm de espesor de KEB Laser) permite una soldadura sin costuras sin biselado, logrando una penetración total de una sola vez. Esto reduce el consumo de alambre de soldadura (lo que resulta en una reducción de costos del 15%) y la emisión de gases nocivos (como una reducción del 50% de humo). Se alinea con el concepto de construcción sustentable.

Las columnas en forma de caja-se aplican en diversos campos, como edificios muy altos-, plantas industriales, ingeniería de puentes e instalaciones públicas. A continuación se muestran algunos casos típicos:

1. Edificios super-altos: tubo central y marco externo

Las columnas-en forma de caja son los componentes principales-que soportan la carga de los edificios-de gran altura, y se utilizan principalmente para el tubo central (que resiste cargas horizontales) y el marco externo (que soporta cargas verticales). Por ejemplo:
• Torre de Shanghai: utiliza columnas en forma de caja-de 1200 mm×1200 mm×50 mm×50 mm, con hormigón armado-de acero incrustado, para respaldar la seguridad estructural del edificio de 632-metros de altura;
• Guangzhou Poly Center: adopta columnas rígidas en forma de caja-(hormigón reforzado externo + caja interna de acero) y su rendimiento sísmico cumple con el estándar de diseño de 8 grados.

2. Plantas Industriales: Industria Manufactura Pesada e Industria Química Metalúrgica

Las columnas en forma de caja-pueden soportar las cargas de pórticos de gran-luz (luz de 30 m - 60m) y grúas pesadas (grúas puente de 50 toneladas - 100-ton), lo que las convierte en el componente preferido para edificios industriales. Por ejemplo:
• En cierta fábrica metalúrgica en Chifeng: se utilizaron columnas en forma de caja- de 500 mm × 500 mm × 20 mm × 20 mm, que soportaron con éxito la carga de la grúa puente de 50 toneladas y cumplieron con los requisitos de vibración de los equipos metalúrgicos.

3. Ingeniería de puentes: pilares de puentes y nervaduras de arco

Las columnas en forma de caja-se utilizan principalmente en la ingeniería de puentes para pilares altos (altura de pilares > 40 m) y nervaduras de arco (para puentes de arco de gran-luz), y pueden resistir eficazmente cargas de vehículos y vibraciones del viento. Por ejemplo:
•En cierto puente-que cruza un río en Chifeng:Los pilares principales adoptan columnas en forma de caja- de 800 mm × 800 mm × 35 mm × 35 mm. A través de la tecnología de pretensado externo, se mejora la resistencia al vuelco y no se ha producido deformación estructural durante 3 años desde la apertura al tráfico;
•Un puente de arco de gran-luz:Las nervaduras del arco están hechas de columnas en forma de caja-(con una sección transversal-de 600 mm × 600 mm × 30 mm × 30 mm), lo que reduce el peso en un 25 % en comparación con las nervaduras de arco de armadura tradicionales, reduciendo así el costo de la base.

4. Instalaciones Públicas: Hospitales y Recintos Deportivos
La adaptabilidad espacial de las columnas en forma de caja-(con la capacidad de reservar canales de tubería en su interior) las hace adecuadas para instalaciones públicas como hospitales y recintos deportivos. Por ejemplo:
• En cierto hospital de Chifeng:Se utilizaron columnas en forma de caja-(con una sección de 600 mm × 600 mm × 25 mm × 25 mm) y se reservaron canales internos para tuberías de agua y electricidad, mejorando así la tasa de utilización del espacio;

• Un determinado recinto deportivo: Utiliza columnas en forma de caja-como soporte del techo, con una luz de 80 metros, logrando un diseño de espacio sin columnas.

La columna en forma de caja-, como componente estructural de alto-rendimiento, ha ganado popularidad debido a sus excelentes propiedades mecánicas, alta estabilidad y construcción conveniente. Se ha convertido en la opción preferida en campos como los rascacielos-, las plantas industriales y la ingeniería de puentes. Con la innovación continua de tecnologías como la soldadura láser y las conexiones prefabricadas, las perspectivas de aplicación de las columnas en forma de caja-serán aún más amplias, brindando un fuerte apoyo a los edificios ecológicos y la construcción inteligente.