Notizie

Nel grandioso arazzo dell'architettura moderna, la costruzione con telaio in acciaio si erge come un eroe non celebrato: la sua notevole resistenza e adattabilità supportano innumerevoli grattacieli mozzafiato, trasformando radicalmente la nostra comprensione dell'altezza e delle possibilità degli edifici. Senza questa tecnologia rivoluzionaria, quelle strutture svettanti che perforano le nuvole potrebbero essere rimaste confinate nei progetti degli architetti o manifestarsi in forme completamente diverse. Il telaio in acciaio, con il suo robusto scheletro, non solo sostiene gli skyline urbani moderni, ma offre anche una libertà e un'innovazione senza precedenti nella progettazione architettonica.

La costruzione con telaio in acciaio, come suggerisce il nome, è un sistema costruttivo scheletrico composto da colonne e travi a I in acciaio. Il fulcro di questo sistema risiede nel suo esclusivo design strutturale, che distribuisce uniformemente il peso di un edificio sull'intera struttura, consentendogli di sfidare la gravità ed estendersi verso l'alto indefinitamente. Sostituendo i precedenti telai in ghisa, la struttura in acciaio è diventata la scelta dominante nella costruzione del XX secolo e continua a influenzare lo sviluppo architettonico moderno.

L'essenza della struttura in acciaio risiede nella forma della sezione trasversale dei suoi componenti, in particolare la trave a I che assomiglia alla lettera "I". Questo design non è arbitrario, ma deriva da precisi calcoli meccanici. La forma distintiva delle travi a I consente loro di resistere efficacemente a varie sollecitazioni, garantendo stabilità strutturale e sicurezza.

Le colonne in acciaio presentano flange (le estremità orizzontali della trave a I) più spesse e larghe di quelle delle travi, migliorando la loro capacità di resistere alla compressione e mantenere la stabilità verticale. Questi supporti verticali sopportano un'enorme pressione verso il basso, con flange ispessite che impediscono il cedimento o il collasso. Oltre alle travi a I, vengono frequentemente utilizzati tubi in acciaio quadrati e circolari, a volte riempiti di cemento per una maggiore resistenza. Queste sezioni tubolari offrono un'eccellente resistenza torsionale contro le forze laterali, mentre il riempimento in cemento migliora la capacità di carico e la resistenza al fuoco.

I metodi di connessione tra travi e colonne sono altrettanto cruciali. Le moderne strutture in acciaio impiegano tipicamente bulloni e elementi di fissaggio filettati, mentre i rivetti erano storicamente predominanti. I bulloni offrono praticità di installazione e rimovibilità, facilitando la manutenzione e le modifiche, mentre i rivetti forniscono una resistenza di connessione superiore e resistenza al taglio per applicazioni con carichi pesanti.

L'anima centrale delle travi a I è generalmente più larga di quella delle colonne per resistere ai maggiori momenti flettenti che si verificano nelle travi, prevenendo la deformazione. In quanto supporti orizzontali che sopportano il peso dei pavimenti e dei tetti, le travi richiedono anime più larghe per mantenere le loro proprietà anti-flessionali.

I telai in acciaio sono tipicamente sormontati da grandi piastre in acciaio che formano casseforme ondulate. Spessi strati di cemento armati con tondini di acciaio vengono versati su questi per creare solido solette. Questa combinazione sfrutta la resistenza alla compressione del cemento e la resistenza alla trazione dell'acciaio, producendo un materiale composito in grado di gestire entrambi i tipi di sollecitazione per una maggiore durata.

Metodi alternativi includono lastre di cemento prefabbricate con strati di livellamento, utili per una rapida costruzione, o sistemi di pavimenti sopraelevati negli edifici per uffici che creano spazio tra le solette strutturali e i pavimenti finiti per cavi e condutture, migliorando l'accessibilità alla manutenzione e l'adattabilità.

L'acciaio si ammorbidisce ad alte temperature, portando potenzialmente a un collasso parziale, rendendo la protezione antincendio essenziale per la sicurezza degli occupanti e la conservazione strutturale. I metodi di protezione comuni includono l'incapsulamento delle colonne in muratura, cemento o cartongesso, materiali con eccellenti proprietà di isolamento termico che ritardano il trasferimento di calore agli elementi strutturali.

Le travi possono ricevere incapsulamento in cemento, spruzzi ignifughi o protezione attraverso sistemi di soffitti classificati. In particolare, l'amianto, un tempo materiale ignifugo popolare, è stato eliminato gradualmente negli anni '70 a causa dei rischi per la salute accertati.

Le pareti esterne si collegano ai telai in acciaio attraverso varie tecniche costruttive, mostrando al contempo diversi stili architettonici. Oltre alle funzioni estetiche, queste facciate fungono da barriere ambientali critiche. I materiali che vanno da mattoni, pietra e cemento armato a vetro architettonico, pannelli metallici o persino semplice vernice proteggono la struttura in acciaio dai danni causati dagli agenti atmosferici, soddisfacendo al contempo i requisiti di progettazione.

Oltre alla tradizionale struttura in acciaio pesante, la Struttura in Acciaio Leggero (LSF) utilizza lamiere di acciaio zincato formate a freddo in montanti per applicazioni residenziali, commerciali e industriali. Questo sistema presenta guide orizzontali fissate a pavimenti e soffitti con montanti verticali tipicamente distanziati di 16 pollici (410 mm), fissati da elementi di fissaggio.

I profili residenziali comuni includono montanti a forma di C e guide a forma di U, con spessori che vanno da 12 a 25 gauge. I calibri più spessi (12-14) gestiscono carichi assiali significativi nelle strutture portanti, mentre i calibri medi (16-18) resistono alle forze laterali come i venti degli uragani. I montanti più sottili da 25 gauge sono adatti per le partizioni interne non portanti. Le flange dei montanti (1¼-3 pollici di larghezza) accolgono le finiture delle pareti, con aperture delle anime (1⅝-1¼ pollici) che consentono il passaggio dei servizi.

I produttori producono lamiere di acciaio zincato come materiale di base per le sezioni formate a freddo attraverso processi di formatura a rulli. L'elevato rapporto resistenza/peso dell'acciaio consente la flessibilità di progettazione per campate lunghe e la resistenza ai carichi sismici e del vento. Una corretta installazione dell'isolamento è fondamentale per prevenire i ponti termici, aree di maggiore trasferimento di calore, attraverso strati di isolamento esterno (tagli termici).

L'interasse standard dei montanti è di 16 pollici al centro per le case (variabile in base ai requisiti di carico) e di 24 pollici per le pareti delle suite per uffici, tranne che intorno agli ascensori e alle scale.

La struttura in acciaio laminato a caldo prevede il riscaldamento dei componenti in acciaio al di sopra della temperatura di cristallizzazione (1.700°F/930°C) per raffinare la struttura del grano e allineare i reticoli cristallini prima della laminazione di precisione nei profili desiderati. Questo processo migliora la resistenza e la tenacità, rendendolo ideale per strutture pesanti.

Rispetto all'acciaio formato a freddo, le sezioni laminate a caldo presentano maggiore spessore e dimensioni, offrendo una resistenza superiore con una deformazione minima sotto carichi pesanti. Sebbene i costi iniziali siano più elevati, la loro efficienza nei progetti su larga scala, che richiedono meno elementi per campate equivalenti, offre vantaggi economici per costruzioni sostanziali.

La transizione dal ferro all'acciaio come materiale strutturale primario è progredita lentamente. Il primo edificio con struttura in ferro, Ditherington Flax Mill, apparve nel 1797, ma l'acciaio divenne ampiamente disponibile solo dopo il metodo di produzione di Henry Bessemer del 1855. Entro il 1870, emerse acciaio a basso costo e ad alta resistenza con buona duttilità, sebbene il ferro battuto e la ghisa rimanessero prevalenti a causa delle sfide di produzione da minerali ricchi di fosforo, un problema risolto da Sidney Gilchrist Thomas nel 1879.

L'era della costruzione affidabile in acciaio a basso tenore di carbonio iniziò intorno al 1880, quando la qualità dell'acciaio si stabilizzò sufficientemente per l'uso architettonico.

L'Home Insurance Building (1885) fu pioniere della costruzione a scheletro eliminando il ruolo portante della muratura. Negli Stati Uniti, il Rand McNally Building (1890, Chicago) divenne la prima struttura con struttura in acciaio, mentre il Royal Insurance Building di Liverpool (progetto del 1895, costruzione 1896-1903) introdusse la tecnologia in Gran Bretagna.

In quanto tecnologia costruttiva matura, la struttura in acciaio svolge un ruolo fondamentale nell'architettura moderna. L'innovazione continua si concentra sulla sostenibilità attraverso materiali e tecniche ecocompatibili, insieme a metodi di costruzione intelligenti che impiegano il Building Information Modeling (BIM) e la robotica per una maggiore efficienza e qualità. La struttura in acciaio continuerà senza dubbio a guidare il progresso architettonico verso spazi abitativi più sicuri e confortevoli.

Elevato rapporto resistenza/peso: Consente una maggiore capacità di carico con un peso strutturale ridotto.

Costruzione rapida: La prefabbricazione in fabbrica consente un rapido assemblaggio in loco.

Flessibilità di progettazione: Consente campate più ampie e spazi adattabili.

Resistenza sismica: Funziona bene in condizioni di terremoto.

Sostenibilità: L'acciaio è altamente riciclabile, riducendo al minimo gli sprechi.

Vulnerabilità al fuoco: Richiede ampie misure di protezione antincendio.

Suscettibilità alla corrosione: Necessita di trattamenti protettivi contro la ruggine.

Costi dei materiali più elevati: I prezzi dell'acciaio aumentano le spese di costruzione iniziali.

Acciai avanzati ad alta resistenza: Riducono le dimensioni degli elementi e il peso strutturale.

Tecnologie verdi: Minore consumo di energia e impatto ambientale.

Costruzione intelligente: Integra strumenti digitali per precisione ed efficienza.

Sistemi prefabbricati: Espandono le tecniche di costruzione modulare.

La costruzione con telaio in acciaio ha profondamente influenzato l'architettura moderna e continuerà a evolversi per affrontare le sfide future, plasmando al contempo gli skyline in tutto il mondo.