Verpassen Sie nicht die Verbreitung des Wissens über Industriegebäude mit Portalstahlrahmen
Im Allgemeinen ist ein Portal-Stahlrahmen-Industriegebäude ein Industriegebäude mit einer Stahlkonstruktion als Haupttragsystem. Der Kern des Designs besteht in der Verwendung eines Portalstahlrahmens als Haupttragwerk – geformt wie herkömmliche Türen, ist er einfach und dennoch stabil genug, um das Gewicht der Hauptstruktur des Gebäudes zu tragen. Es handelt sich um einen gängigen Leichtbautyp mit Stahlträgern und Stahlstützen als Haupttragkomponenten, der insgesamt eine „türförmige“ Form aufweist, die typisch für Industriegebäude mit Portalstahlrahmen ist.
Die Strukturform von Portalstahlrahmen-Industriegebäuden kann flexibel an die tatsächlichen Bedürfnisse angepasst werden. Insbesondere leichte Portalstahlrahmen-Industriegebäude sind ideal für Stahlwerkstattgebäude ohne Produktionskräne, während Schwerlastkräne für den Transport schwerer Materialien/Geräte unerlässlich sind. Sie sind in Ein-, Zwei- und Mehrfeldausführung erhältlich und können mit Dachüberständen, Anbauten oder sogar Upgrades ausgestattet werden. mehrstöckige Stahlgebäude Je nach Projektanforderung. Individuelle Anpassungen (z. B. regensichere Dachüberstände, kleine Anbauten) sind ebenfalls möglich.
Dank dieser Vorteile eignen sich Industriehallen mit Stahlrahmenkonstruktion optimal für die Anforderungen der Bauindustrie. Da sie keine überzähligen Stützpfeiler aufweisen, verhindern sie Behinderungen bei der Platzierung von Fabrikausrüstung, der Lagerung von Waren oder der Erleichterung der Arbeitsabläufe. Darüber hinaus können ihre Hauptkomponenten in Fabriken vorgefertigt und vor Ort montiert werden – dies verkürzt nicht nur den Bauzyklus von Industriehallen mit Stahlrahmenkonstruktion, sondern gewährleistet auch eine gleichbleibende Qualität. Sie sind zudem wind-, schnee- und erdbebensicher und gewährleisten so langfristige Stabilität.
Heutzutage sind Industriehallen mit Stahlrahmenkonstruktionen nicht nur die erste Wahl für Werkstätten und große Lagerhallen, sondern auch für Gewerbeflächen sowie Kultur- und Unterhaltungseinrichtungen. Tatsächlich werden vorgefertigte Industriehallen mit Stahlrahmenkonstruktionen für alle Projekte mit offenem Innenraum bevorzugt, da sie Funktionalität, Effizienz und Langlebigkeit vereinen – Hauptgründe für ihre Beliebtheit im modernen Bauwesen.
Verstehen Sie einfach die Komponenten und strukturellen Details von Industriegebäuden mit Portalstahlrahmen
Die Hauptstrukturkomponenten von Industriegebäuden mit Stahlrahmenkonstruktionen, Stützen und Dachträgern, können als H-förmige Vollsteg- oder Gitterelemente ausgeführt werden. Um den Stahlverbrauch zu reduzieren, können diese Elemente auch einen variablen Querschnitt basierend auf der Biegemomentverteilung aufweisen. Vollstegelemente verbrauchen zwar etwas mehr Stahl, sind aber einfach herzustellen und finden breite Anwendung in der Praxis von Industriegebäuden mit Stahlrahmenkonstruktionen.
Für die Sekundärstruktur von Industriegebäuden mit Portalstahlrahmen wird kaltgeformter dünnwandiger Stahl für Dachpfetten und Wandgurte bevorzugt. Bei einem Stützenabstand von mehr als 12 m sind Fachwerkpfetten wirtschaftlicher. Als Biegeelement ist die Sekundärstruktur über Bolzen mit dem starren Hauptrahmen verbunden. Sie trägt die Lasten des Gehäusesystems, überträgt sie auf die Hauptstruktur und bietet seitliche Unterstützung, um die Gesamtstabilität der Hauptstruktur in Industriegebäuden mit Portalstahlrahmen zu verbessern.
Kernstück des Gehäusesystems für Industriehallen mit Stahlrahmenkonstruktion sind Verkleidungsplatten, die üblicherweise aus rollgeformten dünnen Blechen oder anderen leichten Verbundwerkstoffen bestehen. Diese Platten werden durch spezielle Verfahren mit der Sekundärstruktur verbunden, um äußere Belastungen wie Wind, Schnee und Konstruktionslasten aufzunehmen. Dabei ist zu beachten, dass Verkleidungsplatten nicht nur von der Sekundärstruktur getragen werden, sondern diese auch seitlich stützen und so deren Stabilität bis zu einem gewissen Grad erhöhen.
Darüber hinaus bilden die Verkleidungsplatten nach der Verbindung mit der Sekundärstruktur eine starke Schersteifigkeit in ihrer eigenen Ebene – ein Phänomen, das allgemein als „Membraneffekt“ bekannt ist. Dieser Effekt ermöglicht den flächenbelasteten Industriegebäuden mit Portalstahlrahmen eine bestimmte räumliche Strukturleistung.
Darüber hinaus werden Dach- und Stützenverbände von Industriehallen mit Stahlrahmenkonstruktion üblicherweise als Zugträger ausgeführt, wobei gespannte Querstahlverbände bevorzugt werden. Bei Kränen mit einer Tragfähigkeit von über 5 Tonnen müssen die Stützenverbände durch Winkelstahl oder andere Profilstahlverbände ersetzt werden. Auch für die Stützenverbände im Zwischengeschoss von Industriehallen mit Stahlrahmenkonstruktion sollten Winkelstahl oder andere Profilstahlverbände gewählt werden.
Entsprechend den tatsächlichen architektonischen Anforderungen können Portalstahlrahmenelemente unterschiedlicher Größe angeordnet und kombiniert werden, um eine Vielzahl von Strukturformen zu bilden, die den Nutzungsanforderungen verschiedener einstöckiger Gebäude gerecht werden. Gängige Formen sind solche mit partiellen Zwischengeschossen, mit Ventilatoren oder Brüstungen, mit Anbauten und mit Dachüberständen. Sie können auch als einseitig geneigt, mehrfeldrig mit einem First und zweiseitig geneigt, mehrfeldrig mit mehreren Firsten und mehreren Neigungen sowie mit kombinierten hohen und niedrigen Spannweiten ausgeführt werden. Darüber hinaus werden in einigen Szenarien auch rahmenartige Portalstahlrahmen verwendet.
▪ Grundformen von Portal-Stahlrahmengebäude
▪ Lokale Verbindungen im zweiten Stockwerk beziehen sich auf mehrstöckige Rahmensysteme.
In den abgeleiteten Bauformen der Portalstahlrahmen können zudem Krananlagen flexibel und bedarfsgerecht angeordnet und gleichzeitig partielle Obergeschossflächen ergänzt werden.
Grundsätzlich zählen auch Giebelportalrahmen zu den Mehrfeldportalrahmen, der wesentliche Unterschied liegt in den Zwischenstützen, deren Querschnittsausrichtung im Vergleich zu herkömmlichen Portalrahmenstützen um 90 Grad gedreht ist.
Stahlauswahl für Industriegebäude mit Portalstahlrahmen basierend auf Normen und gängigen Güten
Die Stahlauswahl für Industriegebäude mit Portalrahmen muss auf den chinesischen nationalen Normen basieren Code für die Konstruktion von Stahlkonstruktionen (GB 50017) und Technische Spezifikation für Stahlkonstruktionen von Leichtbau-Portalrahmengebäuden (GB 51022). Die üblicherweise verwendeten Stahlsorten und ihre Anwendungsszenarien sind wie folgt:
Q235-Stahl ist die am häufigsten verwendete und wirtschaftlichste Wahl. Er hat eine Streckgrenze von 235 N/mm² und zeichnet sich durch gute Festigkeit, Duktilität und Schweißbarkeit aus. Er erfüllt die Anforderungen der meisten Portalrahmengebäude ohne Kräne oder mit Kränen geringer Tonnage. Er ist nicht nur das bevorzugte Material für Hauptrahmen (Träger, Säulen), sondern auch der üblicherweise für Sekundärstrukturen (Pfetten, Wandgurte) verwendete Stahl.
Q355-Stahl (früher Q345) eignet sich mit einer Streckgrenze von 355 N/mm² für anspruchsvollere Bauteile. Seine Festigkeit ist etwa 36 % höher als die von Q235-Stahl. Bei Konstruktionen mit großer Spannweite, hoher Belastung (z. B. bei Schwerlastkränen) oder großem Stützenabstand kann die Verwendung von Q355-Stahl den Querschnitt der Bauteile effektiv reduzieren und so Stahl einsparen. Obwohl der Stückpreis etwas höher ist, bietet er insgesamt eine bessere Wirtschaftlichkeit und wird häufig für hochbelastete Hauptrahmen (Träger, Stützen) verwendet.
Höherfeste Stähle wie Q390, Q420 und Q460 werden selten für Portalrahmen verwendet und kommen nur bei sehr großen Projekten mit speziellen Schwerlastkränen oder extremen Belastungsbedingungen zum Einsatz. Insgesamt wird Q235B oder Q355B häufig für Hauptrahmen (Träger, Stützen) verwendet, während Q235-Stahl üblicherweise für Sekundärkonstruktionen (Pfetten, Wandgurte) verwendet wird.
Praktische Gestaltungsprinzipien für Industriegebäude mit Portalstahlrahmen
Die Gestaltung von Industriehallen mit Portalstahlrahmen folgt einer systematischen Planungslogik mit Schwerpunkt auf seitlichen, starren Rahmen, Längsverstrebungen, Gehäusesystemen und Sekundärstrukturen. Die Details sind wie folgt:
- Seitliches starres Rahmenlayout (Hauptsystem zur Abwehr seitlicher Kräfte): Als „Skelett“ von Industriegebäuden mit Portalstahlrahmen tragen seitliche Starrrahmen alle vertikalen und seitlichen Lasten. Die Spannweiten sollten anhand der Prozessanforderungen wie Produktionslinienbreite, Anlagenanordnung und Logistikpassagen bestimmt werden. Die gängigsten wirtschaftlichen Spannweiten liegen zwischen 18 und 36 m. Größere Spannweiten (z. B. über 45 m) sind technisch machbar, erfordern aber einen wirtschaftlichen Vergleich – manchmal ist der Einsatz von Fachwerken oder Konsolen kostengünstiger. Seitliche Starrrahmen können ein-, zwei- oder mehrfeldrig angeordnet werden. Bei mehrfeldrigen Konstruktionen sind Zwischenstützen meist als Bolzenstützen ausgeführt, die an Trägern angelenkt sind, um die Konstruktion zu vereinfachen und Material zu sparen. Der Stützenabstand (d. h. der Abstand zwischen den Starrrahmen) ist ein entscheidender Faktor für Stahlverbrauch und Wirtschaftlichkeit. Der gängige wirtschaftliche Stützenabstand beträgt 6 bis 9 m, und 7.5 oder 8 m werden häufig in Szenarien ohne Kräne oder mit Kränen geringer Tonnage verwendet. Eine Vergrößerung des Stützenabstands (z. B. auf 12 m) erhöht den Stahlverbrauch für starre Rahmenträger und Kranträger erheblich, reduziert jedoch die Anzahl der starren Rahmen und Fundamente. Es sind umfassende Kompromisse erforderlich, und der Stahlverbrauch für Pfetten und Wandgurte steigt entsprechend. Die Traufhöhe wird durch die lichte Höhe der Wartungsarbeiten, die Oberkante der Kranschienen und die Höhe der Dachkonstruktion bestimmt. Die Dachneigung beträgt üblicherweise 5 % bis 10 % (ca. 1/20 bis 1/10). Eine zu geringe Neigung ist ungünstig für die Entwässerung, während eine zu große Neigung das Gebäudevolumen und den Stahlverbrauch erhöht.
- Anordnung des Längsverstrebungssystems (Gewährleistung der Gesamtstabilität): Das Längsverbandssystem fungiert als „Bänder“ von Industriegebäuden mit Portalstahlrahmen. Es verbindet die einzelnen seitlichen, starren Rahmen zu einem stabilen räumlichen Ganzen, um Längslasten (wie Längswindlasten, Erdbebenkräften und Längsbremskräften von Kränen) standzuhalten und die Stabilität während der Installation zu gewährleisten. Was die Anordnungspositionen betrifft, werden horizontale Dachverbände normalerweise in den Endfeldern (erstes oder zweites) und den Mittelfeldern von Temperaturabschnitten in bestimmten Abständen (z. B. ≤ 60 m) angeordnet; bei langen Hallen müssen Temperaturdehnungsfugen vorgesehen werden, wobei auf beiden Seiten der Fugen Verbände installiert werden. Verbände zwischen den Stützen sollten in denselben Feldern wie die horizontalen Dachverbände angeordnet werden, um ein starkes, seitlichen Kräften standhaltendes Fachwerksystem zu bilden, das Lasten auf das Fundament überträgt. Für die Anordnungsformen werden normalerweise Kreuzrundstahl (mit Spannschlössern festgezogen) oder Winkelstahlkreuzformen verwendet – Rundstahlverbände sind leicht und wirtschaftlich, da sie nur Spannung aufnehmen (als Zugelemente ausgelegt), weshalb sie die gebräuchlichste Form sind. Wenn an Stellen mit großen Türöffnungen oder Durchgängen keine Querverstrebungen installiert werden können, kann stattdessen eine Portalverstrebung eingesetzt werden. Zu ihren Hauptfunktionen gehört die Bereitstellung von Stützpunkten außerhalb der Ebene für starre Rahmenstützen, um deren effektive Länge zu reduzieren, die Übertragung und Aufnahme horizontaler Längskräfte sowie die Gewährleistung der Gesamtstabilität der Struktur während der Installation.
- Gehäusesystem und Sekundärstrukturlayout: Der Abstand von Pfetten und Wandgurten in Stahlrahmenbauten wird hauptsächlich durch die Festigkeit und Steifigkeit der Dach- und Wandpaneele bestimmt, wobei der übliche Abstand 1.5 m beträgt. Um die effektive Länge von Pfetten und Wandgurten außerhalb der Ebene zu reduzieren und die Tragfähigkeit zu verbessern, sollte ein Zugstangen- und Strebensystem (normalerweise aus Rundstahl) installiert werden, um ein stabiles Kraftübertragungssystem zu bilden. An den Giebeln sind Windstützen angeordnet, um die von den Giebelwandpaneelen übertragenen Windlasten aufzunehmen. Ihre oberen Enden sind über Endplatten an starren Rahmenträgern angelenkt, wodurch sowohl horizontale als auch vertikale Kräfte übertragen werden können.
- Zusammenfassung des Kernlayoutprozesses: Der grundlegende Planungsprozess von Stahlrahmengebäuden folgt der Logik „bedarfsorientiert → Vorplanung → systematische Planung → Berechnung und Optimierung“. Zunächst werden Spannweite, Höhe, Kranlast und Türpositionen basierend auf den Prozessanforderungen bestimmt; dann wird zunächst der wirtschaftlich sinnvolle Stützenabstand (z. B. 7.5 m) und die Dachneigung (z. B. 1/10) bestätigt; anschließend werden seitliche, starre Rahmen angeordnet, um das Haupttragsystem zu bilden; dann werden Längsverstrebungen, Dachverstrebungen und Stützenverstrebungen in den Endfeldern und in der Mitte der Temperaturabschnitte installiert, um eine stabile Raumstruktur zu schaffen; anschließend werden Sekundärstrukturen wie Pfetten, Wandgurte und deren Zugstangensysteme sinnvoll angeordnet; schließlich werden das Giebelsystem aufgestellt und die Windstützen angeordnet. Letztendlich müssen alle Layouts mithilfe von Strukturberechnungssoftware (wie PKPM, YJK) modelliert, berechnet und optimiert werden, um sicherzustellen, dass alle Layoutprinzipien eingehalten werden.
Konstruktionspunkte für Industriegebäude mit Portalstahlrahmen: Erdbebensicherheit und Brandschutz
Bei der erdbebensicheren Planung von Industriegebäuden mit Portalstahlrahmen ist zunächst die Rationalität des Gesamtaufbaus zu berücksichtigen: Masse und Steifigkeit der Hallenstruktur müssen gleichmäßig verteilt sein. Dadurch wird sichergestellt, dass die Halle die Kräfte gleichmäßig trägt und sich bei Erdbeben koordiniert verformt. Das Risiko lokaler Überlastungen und daraus resultierender Strukturschäden durch ungleichmäßige Steifigkeit wird minimiert. Für die Querkonstruktion eignen sich starre Rahmen oder Rahmen, bei denen Dachstuhl und Stützen eine gewisse Verfestigung aufweisen, besser. Diese Konstruktion nutzt die Tragfähigkeit der Stahlkonstruktion voll aus, reduziert Querverformungen und erhöht die Erdbebensicherheit zusätzlich.
Besonders wichtig ist, dass die meisten Schäden an Industriehallen mit Portalstahlrahmen eher durch die Instabilität der Bauteile als durch unzureichende Festigkeit der Bauteile verursacht werden. Daher ist die sinnvolle Anordnung des Verstrebungssystems entscheidend: Die fachgerechte Platzierung von Komponenten wie Stützenverstrebungen und horizontalen Dachbinderverstrebungen kann die Gesamtstabilität der Hallenstruktur effektiv gewährleisten und eine Instabilität der Bauteile bei Erdbeben verhindern. Darüber hinaus muss die Konstruktion der Strukturverbindungsknoten streng kontrolliert werden. Es ist unbedingt sicherzustellen, dass die Knoten nicht versagen, bevor der volle Querschnitt der Bauteile erreicht ist. Nur so können die Bauteile in einen plastischen Arbeitszustand übergehen und seismische Energie vollständig absorbieren, wodurch die Erdbebensicherheit des Gebäudes maximiert wird.
Hauptvorteile von Industriegebäuden mit Portalstahlrahmen: Effizienz, Eigengewicht und Raumanpassungsfähigkeit
Die Beliebtheit von Industriegebäuden mit Portalstahlrahmen in der Industrie beruht auf ihren praktischen Vorteilen in vielerlei Hinsicht. Die Stahlbauteile dieser Gebäude können in Fabriken in Massenproduktion hergestellt werden, wodurch aufwändige Gießarbeiten vor Ort entfallen. Nach dem Transport zur Baustelle kann das Gebäude durch einfaches Zusammenbauen der Komponenten fertiggestellt werden. Der gesamte Prozess ist einfach und effizient, verkürzt den Bauzyklus des Projekts erheblich und ermöglicht Unternehmen einen schnelleren Produktionsstart.
In Bezug auf das Eigengewicht des Gebäudes ist der Vorteil von Industriegebäuden mit Portalstahlrahmen noch bemerkenswerter: Sie können die strukturelle Masse des Gebäudes um etwa 30 % reduzieren. Diese Eigenschaft ist in zwei Szenarien besonders wichtig: zum einen in Gebieten mit geringer Fundamenttragfähigkeit, wo das geringere Eigengewicht den Druck auf das Fundament reduziert und die Kosten für die Fundamentverstärkung senkt; zum anderen in Gebieten mit hoher Erdbebenfestigkeit, wo die leichtere Struktur die Trägheitskräfte bei Erdbeben reduziert, was zu einer deutlich besseren Gesamtwirtschaftlichkeit im Vergleich zu herkömmlichen Stahlbetonkonstruktionen führt.
Auch hinsichtlich Raumnutzung und funktionaler Anpassungsfähigkeit schneiden Industriehallen mit Stahlrahmenkonstruktion gut ab. Ihre wirtschaftliche Spannweite beträgt typischerweise 24 bis 30 Meter und bietet so ausreichend Platz für den Betrieb und erfüllt den großen Platzbedarf verschiedener Industriebereiche wie der mechanischen Verarbeitung und der Logistiklagerung. Gleichzeitig bietet die Konstruktion hohe Flexibilität. Unternehmen können die Struktur je nach Produktionsbedarf mehrstöckig oder mehrspannig gestalten und sogar spezielle Industrieanlagen wie Kräne installieren, um sie optimal an die Produktionsszenarien verschiedener Branchen anzupassen.
Brandschutzdesign: Beheben Sie die Hitzebeständigkeitsmängel von Stahl und vermeiden Sie Einsturzrisiken
Industriegebäude mit Stahlrahmen haben eine erhebliche Schwäche: die geringe Feuerbeständigkeit ihrer Stahlkonstruktionen. Sobald die Temperatur des Stahls 100 °C überschreitet, ändert sich seine Leistung mit steigender Temperatur allmählich: Die Zugfestigkeit nimmt kontinuierlich ab, während die Plastizität zunimmt; wenn die Temperatur 500 °C erreicht, sinkt die Festigkeit des Stahls auf ein extrem niedriges Niveau und kann das Gewicht des Gebäudes nicht mehr tragen, was schließlich zum Einsturz der Stahlkonstruktion führen kann.
Daher schreiben die Konstruktionsvorschriften eindeutig vor, dass bei Oberflächentemperaturen von Stahlkonstruktionen über 150 °C Wärmedämm- und Brandschutzmaßnahmen ergriffen werden müssen. Die derzeit in der Branche am häufigsten verwendete Lösung besteht darin, hitzebeständige Beschichtungen auf die Oberfläche von Stahlkonstruktionen aufzutragen. Diese Beschichtungen bilden in Hochtemperaturumgebungen eine Wärmedämmschicht, verlangsamen den Temperaturanstieg des Stahls, verschaffen Zeit für die Brandbekämpfung und schützen die Leistungsfähigkeit des Stahls vor schnellem Abbau, wodurch das Risiko eines Gebäudeeinsturzes effektiv vermieden wird.
Über den Autor: K-HOME
K-home Stahlkonstruktionen Co., Ltd. erstreckt sich über eine Fläche von 120,000 Quadratmetern. Wir sind in der Gestaltung, Projektbudget, Fertigung und Montage von PEB-Stahlkonstruktionen und Sandwichelemente mit der Qualifikation eines Generalunternehmers zweiter Klasse. Unsere Produkte umfassen leichte Stahlkonstruktionen, PEB-Gebäude, kostengünstige Fertighäuser, Containerhäuser, C/Z-Stahl, verschiedene Modelle von farbigen Stahlplatten, PU-Sandwichplatten, EPS-Sandwichplatten, Steinwolle-Sandwichplatten, Kühlraumplatten, Reinigungsplatten und andere Baumaterialien.