Ne manquez pas la vulgarisation des connaissances sur les bâtiments industriels à ossature métallique portique.
D'une manière générale, un bâtiment industriel à ossature métallique est un bâtiment industriel Avec une structure en acier comme principal système porteur. Sa conception repose sur l'utilisation d'une ossature portique en acier comme principal support. En forme de porte courante, elle est simple mais suffisamment stable pour supporter le poids de la structure principale du bâtiment. Il s'agit également d'un type léger courant, dont les principaux éléments porteurs sont des poutres et des poteaux en acier, présentant une disposition générale en forme de « porte », caractéristique des bâtiments industriels à ossature portique en acier.
La structure des bâtiments industriels à portique en acier s'adapte facilement aux besoins réels. Les bâtiments industriels à portique en acier légers sont particulièrement adaptés aux bâtiments d'atelier en acierSans grues de production, les grues robustes sont indispensables pour transporter des matériaux et équipements lourds. Leur configuration est simple, double et multi-travées, et elles peuvent être équipées de débords de toit, d'annexes, voire modernisées.bâtiments en acier à plusieurs étagesSelon les exigences du projet, des modifications personnalisées (p. ex., avant-toits anti-pluie, petites annexes auxiliaires) peuvent également être réalisées sur mesure.
Ces avantages font des bâtiments industriels à ossature métallique portique une solution idéale pour les besoins du secteur de la construction. Sans colonnes de soutien excessives, ils évitent les obstacles lors de l'installation des équipements d'usine, du stockage des marchandises et facilitent les opérations des ouvriers. De plus, leurs composants clés peuvent être préfabriqués en usine et assemblés sur site, ce qui non seulement raccourcit le cycle de construction des bâtiments industriels à ossature métallique portique, mais garantit également une qualité constante. Leur excellente résistance au vent, à la neige et aux tremblements de terre assure une stabilité à long terme.
De nos jours, les bâtiments industriels à ossature métallique portique sont non seulement le choix privilégié pour les ateliers et les grands entrepôts, mais aussi pour les espaces commerciaux et les installations culturelles et de loisirs. En effet, tous les projets nécessitant des espaces intérieurs ouverts privilégient les bâtiments industriels à ossature métallique portique préfabriqués, car ils allient fonctionnalité, efficacité et durabilité, deux facteurs clés de leur popularité dans la construction moderne.
Comprendre facilement les composants et les détails structurels des bâtiments industriels à ossature métallique
Parmi les principaux composants structurels des bâtiments industriels à portique en acier, les poteaux et les poutres de toiture peuvent être conçus comme des éléments à âme pleine en H ou en treillis. Afin de réduire la consommation d'acier, ces éléments peuvent également adopter une section variable basée sur la distribution des moments de flexion. Bien que les éléments à âme pleine consomment légèrement plus d'acier, ils sont faciles à fabriquer et largement utilisés dans les projets concrets de bâtiments industriels à portique en acier.
Pour la structure secondaire des bâtiments industriels à portique en acier, l'acier à parois minces formé à froid est privilégié pour les pannes de toiture et les lisses de murs. Si l'espacement des poteaux de l'usine dépasse 12 m, les pannes en treillis sont plus économiques. En tant qu'éléments de flexion, la structure secondaire est reliée à la charpente principale rigide par des boulons. Elle reprend les charges du système d'enceinte, les transfère à la structure principale et assure un soutien latéral pour renforcer la stabilité globale de la structure principale des bâtiments industriels à portique en acier.
Le cœur du système d'enceinte des bâtiments industriels à ossature métallique portique repose sur des panneaux de bardage, généralement constitués de tôles fines laminées ou d'autres matériaux composites légers. Ces panneaux sont reliés à la structure secondaire par des méthodes spécifiques afin de supporter les charges externes telles que le vent, la neige et les charges de construction. Il est important de noter que les panneaux de bardage sont non seulement soutenus par la structure secondaire, mais peuvent également lui fournir un soutien latéral, améliorant ainsi sa stabilité.
De plus, une fois les panneaux de revêtement fixés à la structure secondaire, ils forment une forte rigidité au cisaillement dans leur propre plan – un phénomène communément appelé « effet diaphragme ». Cet effet permet aux bâtiments industriels à ossature métallique à portique à charges planes d'offrir des performances structurelles spatiales optimales.
De plus, les contreventements de toiture et les contreventements entre poteaux des bâtiments industriels à portique en acier sont généralement conçus comme des éléments tendus, les contreventements en acier à section transversale serrée étant privilégiés. Si la structure comprend des grues d'une capacité supérieure à 5 tonnes, les contreventements entre poteaux doivent être remplacés par des cornières ou d'autres contreventements en acier profilé. Pour les contreventements entre poteaux de la mezzanine des bâtiments industriels à portique en acier, des cornières ou d'autres contreventements en acier profilé doivent également être utilisés.
Selon les exigences architecturales, des éléments de portiques en acier de différentes tailles peuvent être agencés et combinés pour former une variété de structures répondant aux besoins de divers bâtiments de plain-pied. Parmi les formes courantes, on trouve les structures avec mezzanines partielles, avec aérateurs ou parapets, avec appentis et avec avant-toits. Elles peuvent également être conçues en monopente, multi-travées avec un seul faîtage et deux versants, multi-travées avec plusieurs faîtages et plusieurs versants, et en travées hautes et basses combinées. De plus, les portiques en acier de type cadre sont également utilisés dans certains cas.
▪ Formes de base de Bâtiments à ossature d'acier à portique
▪ Les joints locaux du deuxième étage font référence aux systèmes à ossature à plusieurs étages.
Dans les formes structurelles dérivées des portiques en acier, les équipements de grue peuvent également être disposés de manière flexible en fonction des besoins réels, et des espaces partiels au deuxième étage peuvent être ajoutés en même temps.
Essentiellement, les portiques à pignon appartiennent également à la catégorie des portiques à travées multiples ; la principale différence réside dans leurs poteaux intermédiaires, dont l'orientation de la section est tournée de 90 degrés par rapport à celle des poteaux à portique conventionnels.
Sélection de l'acier pour les bâtiments industriels à ossature métallique portique, selon les normes et les nuances courantes
La sélection de l'acier pour les bâtiments industriels à portique doit être basée sur les normes nationales chinoises Code de conception des structures en acier (GB 50017) et Spécifications techniques pour les structures en acier des bâtiments à ossature portique légers (GB 51022). Les nuances d'acier couramment utilisées et leurs applications sont les suivantes :
L'acier Q235, le plus couramment utilisé et le plus économique, présente une limite d'élasticité de 235 N/mm² et offre une bonne résistance, ductilité et soudabilité. Il répond aux exigences de la plupart des bâtiments à portique sans grue ou équipés de grues de faible tonnage ; c'est non seulement le matériau privilégié pour les ossatures principales (poutres, poteaux), mais aussi l'acier généralement utilisé pour les structures secondaires (pannes, lisses de murs).
L'acier Q355 (anciennement Q345) convient aux composants plus critiques, avec une limite d'élasticité de 355 N/mm². Sa résistance est environ 36 % supérieure à celle de l'acier Q235. Pour les structures de grande portée, soumises à des charges importantes (comme celles des grues de gros tonnage) ou à un espacement important des poteaux, l'utilisation de l'acier Q355 permet de réduire efficacement la section des composants et de réduire la consommation d'acier. Bien que son prix unitaire soit légèrement supérieur, il offre une meilleure rentabilité globale et est souvent utilisé pour les ossatures principales (poutres, poteaux) soumises à des charges importantes.
Les aciers à haute résistance tels que le Q390, le Q420 et le Q460 sont rarement utilisés dans les portiques et ne sont envisagés que pour les projets de très grande envergure impliquant des grues spéciales à usage intensif ou des conditions de charge extrêmes. Globalement, le Q235B ou le Q355B est couramment utilisé pour les ossatures principales (poutres, poteaux), tandis que le Q235 est généralement adopté pour les structures secondaires (pannes, lisses de murs).
Principes pratiques d'aménagement des bâtiments industriels à ossature métallique
L'agencement des bâtiments industriels à ossature métallique suit une logique de planification systématique, privilégiant les ossatures rigides latérales, les contreventements longitudinaux, les systèmes d'enceinte et les structures secondaires. Les détails sont les suivants :
- Disposition du cadre rigide latéral (système principal de résistance aux forces latérales) : En tant que squelette des bâtiments industriels à portiques en acier, les ossatures rigides latérales supportent toutes les charges verticales et latérales. Les portées doivent être déterminées en fonction des exigences du procédé, telles que la largeur de la ligne de production, la disposition des équipements et les passages logistiques. La portée économique courante varie de 18 à 36 m ; des portées plus importantes (par exemple, plus de 45 m) sont techniquement réalisables, mais nécessitent une comparaison économique ; l'utilisation de fermes ou de consoles est parfois plus rentable. Les ossatures rigides latérales peuvent être disposées en travée simple, double ou multiple. Dans les configurations à travées multiples, les poteaux intermédiaires adoptent généralement la forme de poteaux à pivot, articulés aux poutres pour simplifier la construction et économiser les matériaux. L'espacement des poteaux (c'est-à-dire la distance entre les ossatures rigides) est un facteur clé influençant la consommation d'acier et les économies d'énergie ; l'espacement économique courant des poteaux est de 6 à 9 m, et 7.5 m ou 8 m est couramment utilisé dans les configurations sans grue ou avec des grues de faible tonnage. L'augmentation de l'espacement des poteaux (par exemple, jusqu'à 12 m) entraînera une augmentation significative de la consommation d'acier pour les poutres à ossature rigide et les poutres de pont roulant, mais réduira le nombre de structures rigides et de fondations. Des compromis importants sont nécessaires, et la consommation d'acier pour les pannes et les lisses de murs augmentera également en conséquence. La hauteur de l'avant-toit est déterminée par le dégagement pour les services, la hauteur du rail de pont roulant et la hauteur de la charpente ; la pente du toit est généralement de 5 % à 10 % (environ 1/20 à 1/10). Une pente trop faible est défavorable au drainage, tandis qu'une pente trop importante augmente le volume du bâtiment et la consommation d'acier.
- Disposition du système de contreventement longitudinal (garantissant la stabilité globale) : Le système de contreventement longitudinal agit comme les « ligaments » des bâtiments industriels à ossature métallique portique. Il relie les cadres rigides latéraux individuels en un ensemble spatial stable pour résister aux charges longitudinales (telles que les charges de vent longitudinales, les forces sismiques et les forces de freinage longitudinales des grues) et assurer la stabilité lors de l'installation. Concernant les positions d'implantation, les contreventements horizontaux de toiture sont généralement disposés dans les travées d'extrémité (première ou deuxième) et les travées médianes des sections thermiques à intervalles réguliers (par exemple, ≤ 60 m) ; pour les ateliers longs, des joints de dilatation thermique doivent être posés, avec des contreventements installés de part et d'autre de ces joints. Les contreventements inter-poteaux doivent être disposés dans les mêmes travées que les contreventements horizontaux de toiture afin de former un système de fermes robuste et résistant aux forces latérales, transférant les charges aux fondations. Pour les coffrages d'implantation, on utilise généralement des coffrages croisés en acier rond (serrés par des tendeurs) ou des coffrages croisés en acier d'angle. Les contreventements ronds en acier sont légers et économiques, ne supportant que la tension (conçus comme des éléments de tension), ce qui en fait la forme la plus courante. Lorsqu'il est impossible d'installer des contreventements transversaux dans des emplacements présentant de grandes ouvertures de porte ou de passage, on peut utiliser des portiques. Leurs principales fonctions consistent à fournir des points d'appui hors plan aux poteaux à ossature rigide afin de réduire leur longueur effective, à transférer et à résister aux efforts horizontaux longitudinaux, et à assurer la stabilité globale de la structure pendant l'installation.
- Disposition du système d'enceinte et de la structure secondaire : L'espacement des pannes et des entretoises des murs dans les bâtiments à ossature métallique portique est principalement déterminé par la résistance et la rigidité des panneaux de toiture et des murs, avec un espacement courant de 1.5 m. Pour réduire la longueur utile hors plan des pannes et des entretoises et améliorer la portance, un système de tirants et d'entretoises (généralement en acier rond) doit être installé afin de former un système porteur stable. Des colonnes anti-vent sont disposées aux pignons pour reprendre les charges de vent transmises par les panneaux des murs pignons ; leurs extrémités supérieures sont articulées aux poutres rigides de l'ossature par des platines d'extrémité, permettant ainsi la transmission des efforts horizontaux et verticaux.
- Résumé du processus de conception de base : Le processus d'implantation des bâtiments à ossature métallique portique suit la logique suivante : « axé sur la demande → planification préliminaire → implantation systématique → calcul et optimisation ». Il faut d'abord déterminer la portée, la hauteur, le tonnage du pont roulant et l'emplacement des portes en fonction des exigences du processus ; ensuite, confirmer l'espacement économiquement raisonnable des poteaux (par exemple, 7.5 m) et la pente du toit (par exemple, 1/10) ; ensuite, disposer les ossatures rigides latérales pour former le système porteur principal ; ensuite, installer les contreventements longitudinaux, mettre en place les contreventements de toiture et les contreventements entre poteaux dans les travées d'extrémité et au milieu des sections de température afin de construire une structure spatiale stable ; enfin, disposer judicieusement les structures secondaires telles que les pannes, les lisses de murs et leurs systèmes de tirants ; enfin, mettre en place le système de pignon et les poteaux de vent. Enfin, tous les implantations doivent être modélisées, calculées et optimisées à l'aide de logiciels de calcul de structure (tels que PKPM, YJK) afin de garantir le respect de tous les principes d'implantation.
Points de conception pour les bâtiments industriels à ossature métallique : résistance sismique et protection incendie
Lors de la conception de bâtiments industriels à ossature métallique portique résistants aux séismes, la rationalité de l'agencement global est primordiale : la masse et la rigidité de la structure de l'atelier doivent être uniformément réparties. Cela garantit une répartition uniforme des forces et une déformation coordonnée de l'atelier sous l'action sismique, minimisant ainsi le risque de surcharge locale et de dommages structurels consécutifs causés par une rigidité inégale. Pour la conception de structures transversales, les ossatures rigides sont plus adaptées, ou celles dont la ferme de toit et les poteaux forment une certaine consolidation. Cette conception exploite pleinement la capacité portante de la structure en acier, réduit les déformations transversales et renforce la résistance sismique.
Il est particulièrement important de noter que la plupart des dommages aux ateliers industriels à portique en acier sont dus à l'instabilité des éléments plutôt qu'à une résistance insuffisante. Par conséquent, une disposition judicieuse du système de contreventement est cruciale : un positionnement judicieux des composants tels que les contreventements inter-poteaux et les contreventements horizontaux des fermes de toit permet d'assurer efficacement la stabilité globale de la structure de l'atelier et de prévenir l'instabilité des éléments sous l'action sismique. De plus, la conception des nœuds de connexion structurelle doit être rigoureusement contrôlée : il est essentiel de garantir que les nœuds ne se rompent pas avant que la section transversale des éléments structurels ne soit complètement atteinte, ce qui permet à ces derniers d'entrer en état de fonctionnement plastique et d'absorber pleinement l'énergie sismique, maximisant ainsi la résistance sismique du bâtiment.
Principaux avantages des bâtiments industriels à ossature métallique portique : efficacité, poids propre et adaptabilité spatiale
La popularité des bâtiments industriels à ossature métallique portique dans le secteur industriel s'explique par leurs multiples avantages pratiques. En effet, grâce à leur efficacité de construction, les éléments de structure en acier de ces bâtiments peuvent être produits en série en usine, éliminant ainsi les travaux complexes de coulage sur site. Une fois transportés sur le chantier, les bâtiments peuvent être achevés par simple assemblage. L'ensemble du processus est simple et efficace, ce qui raccourcit considérablement le cycle de construction et permet aux entreprises de démarrer la production plus rapidement.
En termes de poids propre, l'avantage des bâtiments industriels à ossature métallique portique est encore plus notable : ils permettent de réduire la masse structurelle d'environ 30 %. Cette caractéristique est particulièrement cruciale dans deux cas : les zones à faible capacité portante des fondations, où le poids propre plus léger réduit la pression sur les fondations et diminue le coût du renforcement ; les zones à forte intensité sismique, où la structure plus légère réduit la force d'inertie sous l'action sismique, ce qui se traduit par une économie globale bien supérieure à celle des systèmes structuraux traditionnels en béton armé.
En termes d'optimisation de l'espace et d'adaptabilité fonctionnelle, les bâtiments industriels à ossature métallique portique offrent également d'excellentes performances. Leur portée économique, généralement comprise entre 24 et 30 mètres, offre un espace suffisant pour les opérations et répond aux besoins en espace important de diverses activités industrielles, telles que l'usinage et le stockage logistique. De plus, leur conception structurelle offre une grande flexibilité. Les entreprises peuvent adapter la structure à des configurations à plusieurs étages ou à plusieurs travées en fonction de leurs besoins de production réels, et même installer des équipements industriels spécifiques, comme des grues, pour une adaptation parfaite aux scénarios de production de différents secteurs.
Conception de protection incendie : remédier au manque de résistance à la chaleur de l'acier et éviter les risques d'effondrement
Les bâtiments industriels à ossature métallique portique présentent un point faible notable : leur faible résistance au feu. Dès que la température de l'acier dépasse 100 °C, ses performances se dégradent progressivement avec l'augmentation de la température : sa résistance à la traction diminue continuellement, tandis que sa plasticité augmente ; lorsque la température atteint 500 °C, sa résistance chute à un niveau extrêmement bas, l'empêchant de supporter le poids du bâtiment, ce qui peut entraîner son effondrement.
Par conséquent, les codes de conception stipulent clairement que si la température de surface de la structure en acier peut dépasser 150 °C, des mesures d'isolation thermique et de protection incendie doivent être prises. Actuellement, la solution la plus couramment utilisée dans l'industrie consiste à appliquer des revêtements thermorésistants à la surface de la structure en acier. Ces revêtements forment une couche d'isolation thermique dans les environnements à haute température, ralentissant ainsi la montée en température de l'acier, permettant ainsi aux secours d'intervenir plus rapidement et protégeant les performances de l'acier d'une dégradation rapide, évitant ainsi efficacement le risque d'effondrement du bâtiment.
A propos Auteur: K-HOME
K-home Structure en acier Co., Ltd couvre une superficie de 120,000 XNUMX mètres carrés. Nous sommes engagés dans la conception, le budget du projet, la fabrication et installation de structures en acier PEB et des panneaux sandwich avec des qualifications d'entrepreneur général de deuxième degré. Nos produits couvrent les structures légères en acier, Bâtiments PEB, maisons préfabriquées à bas prix, maisons conteneurs, Acier C/Z, divers modèles de tôles d'acier de couleur, panneaux sandwich PU, panneaux sandwich eps, panneaux sandwich laine de roche, panneaux chambre froide, plaques de purification et autres matériaux de construction.