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Comprensión de las cargas en las estructuras de acero: tipos, cálculos y puntos clave de diseño

Cálculo de carga de estructura de acero Es la base de un diseño de edificios seguro, duradero y rentable. Ya sea que diseñe un almacén, una fábrica o una estructura prefabricada de PEB, comprender cómo calcular y combinar cargas garantiza la estabilidad estructural y el cumplimiento de las normas internacionales.

Esta guía explica todos los aspectos clave del diseño de carga, incluidos tipos de cargas (muerto, vivo, viento, nieve, grúa y sísmico), principios de combinación de carga, y análisis de diseño práctico métodos que utilizan herramientas modernas como STAADPRO y Tekla. También abarca desafíos comunes en la estimación de carga y precisión del software, junto con soluciones del mundo real aplicado por fabricantes certificados.

Como profesional Fabricante de estructuras de acero y PEBSteelPRO PEB integra diseño de ingeniería, fabricación y control de calidad para ofrecer estructuras seguras y optimizadas. Continúe leyendo para descubrir cómo un análisis de carga adecuado transforma datos de ingeniería complejos en soluciones de construcción confiables y listas para fábrica.

Un diagrama que muestra diferentes tipos de cargas en un edificio, incluido el viento, la nieve y las cargas muertas, con flechas que indican las direcciones de fuerza.

Tipos de cargas en estructuras de acero

En el diseño de estructuras de acero, El cálculo de la carga es el paso clave Esto determina la seguridad, la eficiencia y la rentabilidad de un edificio. Los distintos tipos de cargas tienen distintos efectos en la estructura, por lo que comprender su comportamiento es crucial para un diseño preciso de PEB.

En Acero PRO PEBNuestros ingenieros aplican estos principios de carga en el diseño de almacenes industriales, fábricas y edificios modulares en más de 30 países.

A continuación se muestra una descripción general de los tipos de carga más comunes utilizados en el diseño de estructuras de acero, con Parámetros de diseño típicos y referencias de códigos globales (GB50009, ASCE 7, Eurocódigo 3) para ayudar a guiar cálculos seguros y eficientes.

Tipo de cargaRango de valores típicos (KN/m²)Solicitud común
Carga muerta0,10–0,20Techo + peso propio estructural
Carga viva0,30–0,50Área del techo o del piso
Carga de viento≥0,30PEB industriales y de gran altura
Carga de nieve0,20–1,00Regiones frías o montañosas
Carga de grúaVariableTalleres industriales de servicio pesado

1. Carga muerta

La carga muerta comprende el peso estático del marco rígido, así como los pesos de los componentes, como el panel del techo, las correas, el algodón aislante y otros. A continuación, se muestran algunos valores típicos de carga muerta:

  • Correa + panel de cubierta (espesor 0,5 mm): 0,10 KN/m²
  • Correa + panel de cubierta (0,5 mm de espesor) + tablero de revestimiento de cubierta (0,5 mm de espesor): 0,15 KN/m²
  • Correa + panel sándwich: 0,15 KN/m²

El cálculo preciso de la carga muerta debe adaptarse a las circunstancias específicas. En los casos en que se instalan numerosos dispositivos colgantes en el techo, no se puede pasar por alto el peso de las vigas que se utilizan para conectar y sostener estos dispositivos y debe incorporarse en la evaluación de la carga muerta del techo.

2. Carga viva y carga suspendida del techo

Carga viva del techo: Cuando se utiliza un techo liviano de chapa de acero corrugado, el valor estándar de la carga viva vertical del techo debe ser de 0,5 KN/m2 (Nota: cuando el marco rígido o la correa tiene solo una variable y el área de soporte de carga supera los 60 m2, la carga viva para el marco de acero puede ser de 0,3 KN/m2).

Carga suspendida del techo: Incluidos rociadores, tuberías, lámparas, etc., la carga colgante del techo se puede incluir en la carga viva del techo.

Los valores de carga de suspensión de techo comúnmente utilizados se pueden consultar de la siguiente manera:

  • Techo de yeso 0,15 KN/m2
  • Conducto de aire acondicionado 0,05 KN/m2
  • Iluminación 0,05 KN/m2
  • Rociador de 0,15 KN/m2

Cabe señalar que, dado que el sistema de cubierta de estructura de acero ligero es muy liviano, al utilizar un software de diseño como STS (el software no permite a los usuarios agregar condiciones de carga de suspensión), es más apropiado fusionar la carga del núcleo de suspensión de la cubierta con la carga viva. Si la carga de suspensión de la cubierta se considera en la carga muerta, el diseño no es seguro cuando se combina la combinación de carga muerta + carga de viento.

3. Carga de nieve

Al considerar la carga de nieve, tenga en cuenta lo siguiente:

  1. Es necesario tener en cuenta el coeficiente de distribución de nieve en el techo μr según el Código 50009-2001. La presión de nieve básica multiplicada por el coeficiente de acumulación de nieve es el valor estándar de la carga de nieve;
  1. Al diseñar los componentes portantes de la estructura y el techo del edificio, la distribución de la acumulación de nieve se puede adoptar de acuerdo con las siguientes disposiciones:
    • Los paneles de techo y las correas se adoptan de acuerdo con la situación más desfavorable de distribución desigual de la nieve;
    • Las cerchas del techo y las carcasas de los arcos se pueden adoptar de acuerdo con la distribución uniforme de la acumulación de nieve en todo el tramo, la distribución desigual de la acumulación de nieve y la distribución uniforme de la acumulación de nieve en la mitad de un tramo respectivamente;
    • Se pueden adoptar marcos y columnas de acuerdo con la distribución uniforme de la acumulación de nieve en todo el tramo.

4. Carga de viento

El coeficiente de forma de la carga de viento del pórtico se puede tomar de acuerdo con el “Código de carga de estructuras de construcción” (GB50009-2001) o el “Código técnico para estructuras de acero ligeras de pórticos” (CECS102:2002). Tenga en cuenta lo siguiente:

  • La presión básica del viento debe adoptarse de acuerdo con la presión del viento de 50 años que figura en el Apéndice D.4 del código de carga, pero no debe ser inferior a 0,3 kN/m2.
  • No todos los pórticos se pueden utilizar según el CECS. El código de pórticos solo se aplica a: pendiente del techo α≤10, altura promedio del techo ≤18 m, relación altura-ancho de la casa ≤1 y altura del alero ≤ el tamaño horizontal mínimo de la casa;
  • Cuando el pie de la columna está articulado y la l/h del marco es menor a 2,3 y el pie de la columna está conectado rígidamente y la l/h es menor a 3,0, es más seguro utilizar el coeficiente de forma del cuerpo de carga de viento especificado en GB50009 para el diseño del marco, mientras que utilizar el valor de GB50009 en otros casos conducirá a un diseño inseguro;
  • En cualquier caso, la suma algebraica de los coeficientes de forma de la pared en ambos lados del marco horizontal no debe ser inferior a 1,2.

5. Carga de la grúa

La carga vertical de la grúa puente (viga) o la grúa colgante debe tomarse de acuerdo con la posición desfavorable de la grúa; la carga horizontal se puede ignorar para la grúa manual y el polipasto eléctrico.

6. Carga sísmica

Cuando la intensidad de la fortificación sísmica es alta y la envergadura del edificio es grande, la altura es alta o hay muchas columnas oscilantes en la dirección del ancho, el efecto del sismo horizontal se puede verificar de acuerdo con el "Código de diseño sísmico de edificios" bajo la combinación de sismo de marco rígido izquierdo y derecho. Al calcular, la relación de amortiguamiento se puede tomar como 0,05.

Un esquema técnico de un sistema de arriostramiento lateral para estructuras de acero, con etiquetas para componentes como vigas, columnas y amortiguadores virtuales.

4. Otras cargas

7. Otras cargas

Además de las cargas comunes mencionadas anteriormente, las estructuras de acero también pueden verse afectadas por algunas cargas especiales.

Cargas térmicas: La expansión y contracción de los materiales provocada por los cambios de temperatura puede provocar tensiones en la estructura. Los efectos de las cargas térmicas se pueden mitigar colocando juntas de expansión o utilizando conectores flexibles.

Carga de explosión: La fuerza de impacto generada por la explosión, generalmente utilizada en el diseño de edificios de alta seguridad.

Carga de construcción: Carga temporal generada durante el proceso de construcción, como equipos de construcción, apilamiento de materiales, etc.

Carga de vibración: Carga causada por equipos mecánicos, tráfico u otras fuentes de vibración externas.

Carga de corrosión: Degradación del rendimiento del material debido a la corrosión ambiental, aumentando indirectamente la carga estructural.

En el diseño de estructuras de acero, el análisis de cargas es un paso clave para garantizar la seguridad y la estabilidad del edificio. Ya sea que se trate de cargas muertas, cargas vivas, cargas ambientales u otras cargas especiales, le brindaremos soluciones integrales de análisis y diseño. Si tiene alguna consulta sobre el análisis o el diseño de cargas, no dude en comunicarse con nosotros; ¡estamos comprometidos a servirle con todo nuestro corazón!

Combinación de cargas de estructuras de acero

¿Por qué necesitamos una combinación de carga?

En la construcción de acero en el mundo real, los edificios a menudo están sujetos a múltiples efectos de carga que actúan simultáneamenteEl diseño bajo una única condición de carga no puede reflejar el comportamiento real durante la operación.

En SteelPRO PEB, nuestro equipo de ingeniería realiza Simulaciones de combinación de carga utilizando STAADPRO y Tekla, modelando con precisión la interacción de cargas muertas, vivas, eólicas y sísmicas para optimizar ambas seguridad y eficiencia del material.

Este enfoque práctico garantiza que cada Diseño de estructura de PEB no sólo cumple GB50009, ASCE 7 y Eurocódigo 3 estándares, sino que también logra eficiencia de costos a través de relaciones de combinación refinadas y factores de seguridad.

Combinaciones de carga comunes

  • Carga muerta + carga viva: Es la combinación de carga más común, que se utiliza para considerar la carga estática y la carga dinámica de la estructura en condiciones normales de uso.
  • Carga de viento + carga de nieve: Comúnmente utilizada en edificios de gran altura o instalaciones al aire libre, considerando la superposición del peso del viento y la nieve.
  • Carga sísmica + carga muerta: En zonas propensas a terremotos, considere la estabilidad de la estructura bajo la acción sísmica y el efecto combinado de la carga constante.

A través del análisis integrado, el sistema SteelPRO PEB evalúa automáticamente múltiples casos de carga para predecir el desempeño estructural e identificar la configuración más económica y segura — un factor crucial en almacenes de grandes dimensiones y proyectos industriales de PEB.

El diseño de combinaciones de cargas debe cumplir con los códigos de construcción locales (como ASCE, códigos europeos, etc.). Estos códigos han formulado requisitos específicos de combinación de cargas basados en características regionales para garantizar que el diseño sea seguro y económico. El cumplimiento del código no solo puede mejorar la seguridad de la estructura, sino también evitar el sobrediseño y ahorrar costos.

Una ilustración 3D en forma de alambre de una estructura de celosía de acero similar a un puente sostenida por columnas.

¿Necesita ayuda profesional con su combinación de carga o diseño estructural?
Comuníquese con nuestros ingenieros certificados para una consulta gratuita o solicite una muestra. Informe de combinación de carga PEB basado en los parámetros de su proyecto.

Análisis de cargas y diseño de estructuras de acero

Análisis de elementos finitos (FEA)

El análisis de elementos finitos (FEA) es un herramienta principal en el flujo de trabajo de diseño de SteelPRO PEB, lo que permite a nuestros ingenieros simular y visualizar la distribución de tensiones en el mundo real bajo cargas combinadas, incluidas fuerzas muertas, vivas, eólicas y sísmicas. STAADPRO, Tekla y ETABSGeneramos modelos precisos que identifican puntos de estrés de forma temprana, ayudando a reducir el desperdicio de material y mejorar la relación seguridad-costo de cada proyecto de estructura de acero.

Diseño de vigas y columnas

Las vigas y columnas forman la columna vertebral estructural de cada edificio de acero. En SteelPRO PEB, estos componentes están diseñados con Precisión de fabricación en mente. Nuestros modelos estructurales se convierten directamente en Dibujos listos para fabricación Para corte CNC y soldadura robótica en nuestra planta con certificación ISO. Esto garantiza que cada elemento portante funcione exactamente según lo calculado, minimizando los errores entre el diseño y la construcción en obra.

La carga se transfiere de las vigas a las columnas:

  • La función de las vigas es soportar cargas (como el peso del piso, el peso de las personas o el de los muebles) y luego transferir las cargas a las columnas. Las columnas luego transmiten las cargas a la base. Al diseñar, asegúrese de que la carga se pueda transferir sin problemas para evitar el desequilibrio estructural.

Selección del tamaño de vigas y columnas:

  • El tamaño de las vigas y columnas debe determinarse de acuerdo con el tamaño de la carga. Si el tamaño es demasiado pequeño, es posible que no proporcione el soporte adecuado, mientras que si es demasiado grande, provocará un desperdicio de material. Los ingenieros deben elegir el tamaño adecuado en función de la carga y el código.

Por ejemplo, una viga de fábrica necesitará soportar equipos más pesados, por lo que debe ser de acero más grande o más fuerte, mientras que una viga residencial puede ser más pequeña.

Diseño de la Fundación

La fundación debe Transferir y equilibrar cargas de manera eficiente Con capacidad de carga del suelo. El equipo de ingeniería de SteelPRO PEB realiza evaluaciones de la interacción entre el suelo y la estructura para garantizar un asentamiento uniforme y durabilidad. Para condiciones de suelo complejas, integramos cimientos de pilotes o balsas dentro del modelo de diseño, asegurando el sistema completo, desde marco de acero a la base — funciona como una unidad cohesiva.

Transferencia de carga al suelo:

  • La cimentación debe poder distribuir uniformemente la carga sobre el suelo. Al diseñar, tenga en cuenta la capacidad de carga del suelo y asegúrese de que la cimentación pueda soportar el peso de toda la estructura.

Prevenir asentamientos desiguales:

  • Si las distintas partes de los cimientos se hunden a distintas velocidades, la casa puede inclinarse o incluso derrumbarse. Para mitigar este problema, los ingenieros diseñan los cimientos teniendo en cuenta las condiciones del suelo y la distribución de la carga. Por ejemplo, en zonas con suelo blando, se pueden utilizar cimientos con pilotes para transferir la carga a capas de suelo más profundas y estables.

Mediante el análisis de elementos finitos, un diseño adecuado de vigas y columnas y un diseño de cimientos sólidos, los ingenieros pueden garantizar que las estructuras de acero sean seguras y confiables en una variedad de situaciones.

Cada diseño entregado por Acero PRO PEB se somete a un ciclo completo de revisión interna, desde Simulación FEA a verificación de fabricación, garantizando que cada ruta de carga sea segura, fabricable y optimizada para los estándares globales de construcción. Certificados por ISO y CE, los puentes SteelPRO PEB diseño de ingeniería y producción industrial, entregando Estructuras de acero eficientes, duraderas y con respaldo de fábrica mundial.

Desafíos del cálculo de cargas en estructuras de acero

Incertidumbre de la estimación de carga

Cargas vivas y ambientales como efectos del viento, la nieve y los sismo fluctúan mucho en los proyectos del mundo real, lo que dificulta realizar predicciones precisas.

Para abordar este problema, Los ingenieros de SteelPRO PEB aplican simulación de carga variable y factores de seguridad probabilísticos, garantizando que cada estructura siga siendo confiable incluso en las condiciones más impredecibles.

Nuestra metodología de diseño está alineada con GB50009, ASCE 7 y Eurocódigo 3, proporcionando un estándar unificado para proyectos globales.

Complejidad de las combinaciones de carga

En proyectos complejos, múltiples combinaciones de carga —muertos, vivos, viento, nieve e incluso sísmicos— pueden superponerse y amplificarse entre sí.

La plataforma de diseño integrada de SteelPRO PEB utiliza Matrices de combinación de carga STAADPRO para probar cientos de posibles casos de interacción, identificando automáticamente el peor escenario posible para un diseño seguro y económico.

Limitaciones del software

Aunque el software ayuda a la precisión, La experiencia humana y la precisión de los datos siguen siendo decisivasEl flujo de trabajo de ingeniería de SteelPRO PEB incluye validación de tres etapas — verificación de entrada de diseño, comparación de simulación y verificación de fabricación — para eliminar errores de cálculo y garantizar la integridad de los datos durante todo el ciclo de vida del proyecto.

¿Cómo superamos estas dificultades?

Como proveedor profesional de estructuras de acero, somos conscientes de los desafíos en los cálculos de carga. 

En Acero PRO PEB, combinamos software de simulación avanzado, décadas de experiencia en diseño y fabricación con certificación ISO para ofrecer cálculos de carga que sean precisos y construibles.

Con más de Más de 1000 proyectos completados en todo el mundo y 24 líneas de producción produciendo hasta 120.000 toneladas anualesNuestro enfoque integrado garantiza que cada cálculo informe directamente el rendimiento en el mundo real.

Cada estructura se somete a una revisión de varias rondas, desde la simulación del modelo hasta la verificación en el sitio, lo que garantiza Máxima seguridad, mínimo desperdicio y confiabilidad verificable.

Además, el equipo revisará los datos muchas veces para garantizar que cada paso sea preciso y, en última instancia, brindar a los clientes soluciones de estructura de acero seguras y económicas.

¿Cuál es la diferencia entre carga muerta y carga viva?

La carga muerta se refiere al peso permanente de la estructura en sí, incluidas las vigas, columnas y losas del piso, que permanece constante. La carga viva, por otro lado, representa el peso variable que puede cambiar durante el uso, como el peso de las personas, los muebles y el equipo. En términos más simples, la carga muerta es el "peso fijo", mientras que la carga viva es el "peso cambiante".

¿Cómo afecta la carga del viento a los edificios de gran altura con estructura de acero?

El impacto de la carga de viento en los edificios de gran altura se refleja principalmente en fuerzas horizontales. Los vientos fuertes producirán presión o succión en la superficie del edificio, lo que puede hacer que la estructura se sacuda o incluso se deforme. Por lo tanto, las cargas de viento deben considerarse especialmente al diseñar estructuras de acero de gran altura para garantizar la estabilidad y el confort del edificio ante vientos fuertes.

¿Cómo calcular cargas sísmicas en estructuras de acero?

El cálculo de las cargas sísmicas debe tener en cuenta el área sísmica, el peso del edificio y el diseño estructural. La fórmula que se utiliza habitualmente es: carga sísmica = peso del edificio × aceleración sísmica × coeficiente estructural. El cálculo específico debe seguir las especificaciones de diseño sísmico locales para garantizar la seguridad de la estructura en caso de terremoto.

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