Dziewięć kluczowych punktów przy projektowaniu i budowie budynków fabrycznych o konstrukcji stalowej

Budynki fabryki konstrukcji stalowychzyskały szerokie uznanie w inżynierii budowlanej, ponieważ można je szybko zbudować, są lekkie, mają dobre właściwości sejsmiczne i są przyjazne dla środowiska. W projektowaniu budynków przemysłowych stopniowo zastępowały one cięższą konstrukcję żelbetową.

Konstrukcje stalowe nie są już od dawna stosowane w Chinach, a ich szczegółowe projektowanie i techniki konstrukcyjne są wciąż opracowywane. Chociaż budynki przemysłowe o konstrukcji stalowej mają wiele zalet, stal jako materiał ma również wady — na przykład słabą odporność ogniową i skłonność do korozji. Czynniki te należy wziąć pod uwagę zarówno na etapie projektowania, jak i budowy.

I. Główne zalety budynków fabrycznych o konstrukcji stalowej

Jak wspomniano w podsumowaniu, główne zaletybudynki przemysłowe o konstrukcji stalowejsą następujące. Po pierwsze, jeśli chodzi o szybkość budowy: elementy stalowe mogą być produkowane masowo w fabryce; konstrukcja jest prosta, a montaż szybki, co znacznie skraca czas budowy. Po drugie, jeśli chodzi o ciężar własny: ciężar konstrukcyjny budynku można zmniejszyć o około 30%; jest to szczególnie ekonomiczne w miejscach o małej nośności fundamentów lub dużej intensywności fortyfikacji sejsmicznych, gdzie ogólna ekonomika jest lepsza niż w przypadku żelbetowych systemów konstrukcyjnych. Wreszcie, jeśli chodzi o ochronę środowiska: konstrukcje stalowe należą do rodziny ekologicznych systemów budownictwa ekologicznego; sama stal jest materiałem o wysokiej wytrzymałości i wydajności, o wysokiej wartości recyklingowej i nie wymaga szalowania podczas budowy.

II. Znaczenie projektowania rysunku

Rysunki są podstawą konstrukcji w każdym projekcie. Na etapie projektowania budynku przemysłowego o konstrukcji stalowej należy zorganizować profesjonalnych techników jednostki konstrukcyjnej, aby przeprowadzili wspólny przegląd rysunków, sprawdzając rysunki pod kątem „błędów, pominięć, kolizji i braków”, aby problemy zostały rozwiązane przed rozpoczęciem budowy, a wpływ problemów rysunkowych na jakość i harmonogram był ograniczony do minimum. W przypadku projektu konstrukcji stalowej należy przygotować osobne projekty organizacji budowy dla etapu wytwarzania i etapu montażu; dokument procesu produkcyjnego powinien obejmować standardy jakości i wymagania techniczne każdego procesu i podelementu na etapie wytwarzania, a także konkretne środki przyjęte w celu zapewnienia jakości produktu.

III. Zasady projektowania układu stężeń

Aby zapewnić zachowanie przestrzenne budynku, poprawić jego ogólną sztywność, oprzeć się i przenieść wzdłużne siły poziome, zapobiec nadmiernemu odkształceniu elementów, uniknąć wyboczenia elementów ściskanych i zagwarantować ogólną stabilność konstrukcji, należy zastosować niezawodny system stężeń odpowiednio do formy konstrukcyjnej budynku, układu dźwigu, sprzętu wibracyjnego, rozpiętości i wysokości warsztatu oraz długości każdej strefy temperaturowej. Każda strefa temperaturowa powinna być wyposażona w stabilny układ stężeń międzykolumnowych, skoordynowany z poziomymi stężeniami bocznymi dachu. Położenie stężenia dolnego słupa jest kluczowym czynnikiem determinującym kierunek odkształcenia podłużnego i wpływającym na wielkość naprężeń termicznych; stężenie dolnej kolumny należy umieścić jak najbliżej środka strefy temperaturowej, tak aby elementy wzdłużne, takie jak belki podsuwnicowe, mogły swobodnie rozszerzać się i kurczyć w obu końcach wraz ze zmianami temperatury. Gdy strefa temperaturowa jest krótka, pojedynczy zestaw stężeń dolnej kolumny zwykle umieszcza się pośrodku. Jeżeli jednak strefa temperaturowa jest dłuższa niż 150 m, w obrębie tej strefy należy zamontować dwa komplety stężeń dolnego słupa, aby zapewnić sztywność wzdłużną; powinny być umieszczone w miarę możliwości w środkowej jednej trzeciej strefy temperaturowej, a odległość między środkami obu zestawów nie powinna przekraczać 72 m, aby uniknąć nadmiernych naprężeń termicznych.

IV. Kluczowe punkty projektowania sejsmicznego

Wykonując projekt sejsmiczny budynku przemysłowego o konstrukcji stalowej, należy zwrócić uwagę na następujące punkty. Po pierwsze, jeśli chodzi o ogólny układ, masa i sztywność konstrukcji powinny być równomiernie rozłożone, tak aby budynek był równomiernie obciążony i odkształcał się w skoordynowany sposób; należy unikać nierównej sztywności, ponieważ ma to niekorzystny wpływ na właściwości sejsmiczne. W przypadku konstrukcji poprzecznej należy przyjąć ramę sztywną lub ramę, w której więźba dachowa jest sztywno połączona ze słupami, tak aby w pełni wykorzystać nośność stali i ograniczyć odkształcenia poprzeczne. Po drugie, budynki o konstrukcji stalowej zwykle zawodzą nie dlatego, że wytrzymałość elementów jest niewystarczająca, ale dlatego, że elementy się wyginają; dlatego szczególnie ważny jest dobrze rozplanowany system stężeń, który gwarantuje ogólną stabilność budynku. Wreszcie, w przypadku trzęsienia ziemi następuje zmęczenie niskocyklowe, którego wpływ na budynek należy uwzględnić w projekcie. Projekt połączeń konstrukcyjnych powinien zapewniać, że uszkodzenie złącza nie nastąpi przed całkowitym ugięciem elementów konstrukcyjnych; należy umożliwić członkom wejście w fazę plastyczną, aby mogli w pełni pochłonąć energię sejsmiczną i rozwinąć swoją zdolność sejsmiczną.

V. Znaczenie projektowania odpornego na ciepło i ogień

Budynki przemysłowe o konstrukcji stalowejmają słabą odporność ogniową. Gdy stal nagrzewa się powyżej 100°C, jej wytrzymałość na rozciąganie maleje, a plastyczność wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Około 250°C wytrzymałość stali na rozciąganie nieznacznie wzrasta, a jej plastyczność maleje – jest to zjawisko znane jako niebieska kruchość. Powyżej 250°C stal zaczyna pełzać. W temperaturze około 500°C wytrzymałość stali spada tak nisko, że stalowa konstrukcja może się zawalić. Dlatego zawsze, gdy temperatura powierzchni konstrukcji stalowej przekracza 150°C, należy zapewnić projekt izolacji termicznej i przeciwpożarowej (najczęściej osiąga się to poprzez zastosowanie żaroodpornych powłok ognioochronnych).

W budowiebudynki przemysłowe o konstrukcji stalowejpojawia się wiele problemów praktycznych; tutaj analizujemy tylko te najbardziej widoczne.

VI. Osadzanie śrub kotwiących podczas budowy

Można powiedzieć, że stabilne zamocowanie śrub kotwiących ma fundamentalne znaczenie dla stabilności budynku przemysłowego o konstrukcji stalowej. Dokładność śrub kotwiących ma bezpośredni wpływ na położenie konstrukcji stalowej. Śruby kotwowe należy osadzić z zachowaniem ścisłej precyzji: odchylenie osi ±2,0 mm i wzniesienie ±5,0 mm. Przed zamontowaniem śrub kotwiących słupa należy rzutować każdą oś poziomej sieci sterującej na górną powierzchnię fundamentu słupa i zamknąć pętlę, aby zapewnić dokładność montażu śrub; następnie zaznacz zewnętrzne krawędzie kolumn zgodnie z osiami. Po zmontowaniu ramy nośnej (wspornika) dla śrub kotwiących słupa należy przenieść wymaganą wysokość na ramę z rur stalowych. 

VII. Środki ostrożności podczas podnoszenia

Główne środki ostrożności są następujące. Najpierw zaznacz linie środkowe na płycie podstawy stopy kolumny i linie środkowe śrub kotwiących, a następnie wyczyść otwory ścinane w podstawie kolumny; po ustawieniu stalowej kolumny wyreguluj jej wysokość i dokręć nakrętki. Po drugie, po wzniesieniu słupów stalowych w jednym miejscu należy zamontować ściągi (łączniki), aby zapewnić ogólną stabilność słupów i zapobiec ich odkształceniu podczas podnoszenia stalowych belek. Na koniec podnieś stalowe belki: połącz pary belek w powietrzu i wykonaj wstępne dokręcenie śrub o dużej wytrzymałości; pierwszą belkę należy zabezpieczyć czterema odciągami, aby zapobiec jej przechylaniu się na jedną stronę.

VIII. Trudności w montażu systemu belek dźwigowych

Podczas budowy belki podsuwnicowe należy montować wyłącznie z przęsła stężonego, zgodnie ze specyfikacją. Po zamontowaniu i podłączeniu stężenia międzykolumnowego tworzy ono stosunkowo stabilną przestrzenną jednostkę sztywności; montaż z tego przęsła jest bezpieczniejszy, a także gwarantuje, że montaż belek podsuwnicowych nie wpłynie na pionowość słupów. Podczas montażu podkładki należy umieścić pod belkami podsuwnicowymi o dużych odchyłkach końcowych; podkładki te należy przyspawać na miejscu po wyregulowaniu systemu belek dźwigowych, a belki należy dokładnie ustawić względem wcześniej ustalonych linii pozycjonowania. Układ hamulcowy należy formalnie podłączyć dopiero po wyregulowaniu i zamocowaniu belek dźwigu. W przypadku łączenia płyty hamulcowej z belką dźwigu za pomocą śrub o dużej wytrzymałości i z kratownicą pomocniczą za pomocą spawania, kolejność ma znaczenie: najpierw połącz płytę hamulcową z belką dźwigu za pomocą śrub o dużej wytrzymałości i wykonaj wstępne dokręcenie; następnie wyreguluj kratownicę pomocniczą, przyspawaj ją do tarczy hamulcowej i wykonaj ostateczne dokręcenie śrub o dużej wytrzymałości; na koniec przyspawaj tarczę hamulcową do kratownicy pomocniczej. Zarówno dokręcanie śrub o dużej wytrzymałości, jak i spawanie tarczy hamulcowej powinno przebiegać od środka każdej tarczy w kierunku obu krawędzi, aby zmniejszyć naprężenia wewnętrzne w tarczy.

IX. Układanie elementów stalowych

Aby ułatwić montaż, elementy stalowe po przybyciu na miejsce należy układać w stosy w rozsądny sposób. Zasady są następujące: elementy pilnie potrzebne do montażu należy układać bezpośrednio na placu budowy, zgodnie z kolejnością podnoszenia – te, które mają zostać podniesione, należy najpierw umieścić na górze, a te, które mają zostać podniesione później – poniżej; komponenty, które nie są pilnie potrzebne, należy tymczasowo przechowywać poza miejscem budowy. Podczas układania w stosy trzymaj kolumny i belki oddzielnie i układaj je według osi. Składowisko powinno być zarządzane przez wyznaczony personel; komponenty należy uwzględnić w wymaganiach dostaw i wykazie dostaw, a także należy złożyć dokumentację. Elementy o przekroju H należy przechowywać w pozycji pionowej, nigdy na płasko. Każdy element musi być podparty w co najmniej dwóch punktach; punkty podparcia powinny znajdować się w odległości około jednej siódmej rozpiętości od końców prętów. W przypadku układania warstwowego dozwolone są nie więcej niż trzy warstwy; drewniane klocki muszą być prawidłowo umieszczone pomiędzy warstwami, aby utrzymać je na poziomie, a punkty podparcia muszą być ustawione pionowo.