ポータル型鉄骨工業ビルに関する知識の普及を怠らないでください
一般的に言えば、門型鉄骨工業ビルは 工業ビル 鉄骨構造を主荷重支持システムとする構造です。設計の核心は、門型鉄骨フレームを主荷重支持構造とすることです。日常の扉のような形状で、シンプルでありながら建物の主構造重量を支えるのに十分な安定性を備えています。また、一般的な軽量型で、主荷重支持部材は鉄骨梁と鉄骨柱であり、門型鉄骨フレーム工業建築の典型的な「扉」型のレイアウトを呈しています。
門型鉄骨工業用建物の構造形態は、実際のニーズに合わせて柔軟に調整できます。特に、軽量門型鉄骨工業用建物は、 鉄鋼工場の建物 生産用クレーンがない場合、大型クレーンが必須となりますが、重量物や設備の輸送にクレーンが必要な場合は、大型クレーンが必須となります。レイアウトに関しては、シングルスパン、ダブルスパン、マルチスパンのオプションがあり、軒先張り出しや別棟の設置、さらにはへのアップグレードも可能です。複数階建ての鉄骨建物プロジェクトの要件に応じて、個別の変更（例：雨よけの軒先、小さな付属棟など）もカスタマイズ可能です。
これらの利点により、門型鉄骨工業ビルは建設業界のニーズに最適です。過剰な支柱を必要としないため、工場設備の設置、倉庫の物品保管、作業員の作業の妨げになりません。さらに、主要部品は工場でプレハブ化され、現場で組み立てられるため、門型鉄骨工業ビルの建設サイクルを短縮できるだけでなく、安定した品質も確保できます。さらに、耐風性、耐雪性、耐震性にも優れ、長期的な安定性を確保します。
今日では、門型鉄骨造産業用建物は、工場の作業場や大規模な倉庫の第一選択肢であるだけでなく、商業施設や文化・娯楽施設にも信頼されています。実際、オープンな内部空間を必要とするすべてのプロジェクトでは、機能性、効率性、耐久性のバランスが取れたプレハブ門型鉄骨造産業用建物が優先的に採用されています。これが、現代の建設において門型鉄骨造が人気を博している主な理由です。
ポータル型鉄骨工業ビルのコンポーネントと構造の詳細を簡単に理解
門型鉄骨工業建築の主要構造部材である柱と屋根梁は、ソリッドウェブH形鋼またはラチス部材として設計できます。鋼材消費量を削減するため、これらの部材は曲げモーメント分布図に基づいて可変断面を採用することもできます。ソリッドウェブ部材は鋼材使用量が若干多くなりますが、製作が容易で、門型鉄骨工業建築の実プロジェクトに広く適用されています。
門型鉄骨工業ビルの二次構造では、屋根垂木と壁桁には冷間成形薄肉鋼が適しています。工場の柱間隔が12mを超える場合は、トラス型垂木の方が経済的です。曲げ部材である二次構造は、ボルトを介して主ラーメン構造に接続され、囲いシステムからの荷重を支え、主構造に伝達するとともに、門型鉄骨工業ビルにおける主構造全体の安定性を高める横方向の支持を提供します。
門型鉄骨工業建築物の外装システムの中核は外装パネルであり、通常はロール成形された薄い金属板またはその他の軽量複合材料で作られています。これらのパネルは、風荷重、積雪荷重、建設荷重などの外部荷重を支えるために、特定の方法で二次構造に接続されています。注目すべきは、外装パネルは二次構造によって支持されるだけでなく、二次構造に横方向の支持も提供し、二次構造の安定性をある程度高めることができるということです。
さらに、外装パネルが二次構造に接続されると、パネル自体の平面内に強いせん断剛性が形成されます。これは一般に「ダイヤフラム効果」と呼ばれる現象です。この効果により、平面荷重ポータル型鉄骨工業用建物は、一定の空間構造性能を発揮することができます。
さらに、門型鉄骨工業建築の屋根ブレースおよび柱間ブレースは通常、張力部材として設計され、締め付けクロスラウンド鋼ブレースが推奨されます。構造物に5トン以上のクレーンが含まれる場合は、柱間ブレースをアングル鋼またはその他の形鋼ブレースに交換する必要があります。門型鉄骨工業建築の中二階部分の柱間ブレースにも、アングル鋼またはその他の形鋼ブレースを選択する必要があります。
実際の建築要件に応じて、異なるサイズの門型鉄骨フレーム要素を配置・組み合わせることで、多様な構造形態を形成することができ、様々な平屋建て建築物の使用ニーズを満たすことができます。一般的な形態としては、部分的な中二階、通風孔またはパラペット付き、片流れ屋根付き、軒先張り付きなどがあります。また、片勾配、片棟・両勾配の多スパン、多棟・複数勾配の多スパン、高低スパンの組み合わせなど、様々な設計が可能です。さらに、フレーム式門型鉄骨フレームも、一部の用途で使用されています。
▪ 基本形式 ポータル型鉄骨建物,war
▪ ローカル2階ジョイントは、複数階のフレームシステムを指します。
門型鉄骨の派生構造形式では、実際のニーズに合わせてクレーン設備を柔軟に配置することができ、同時に部分的な2階スペースを増設することも可能です。
本質的には、切妻ポータル フレームもマルチスパン ポータル フレームのカテゴリに属します。主な違いは中間柱にあり、その断面方向は従来のポータル フレーム柱と比較して 90 度回転しています。
標準規格と共通グレードに基づく門型鉄骨工業用建物の鋼材選定
門型フレーム工業用建物の鋼材の選択は、中国の国家基準に基づいて行うものとする。 鋼構造物設計規格 （GB 50017）および 軽量門型フレーム建築物の鉄骨構造に関する技術仕様 （GB 51022）。一般的に使用される鋼種とその適用シナリオは次のとおりです。
Q235鋼は、最も一般的に使用され、経済的な選択肢であり、降伏強度は235N/mm²で、優れた強度、延性、溶接性を備えています。クレーンなし、または小型クレーンを使用するほとんどの門型フレーム建物の要件を満たします。メインフレーム（梁、柱）に最適な材料であるだけでなく、二次構造（垂木、壁桁）にも一般的に使用される鋼材です。
Q355鋼（旧称Q345）は、降伏強度が355N/mm²であるため、より重要な部材に適しています。Q235鋼よりも約36%高い強度を有します。構造物のスパンが長く、荷重が大きい場合（大型クレーンなど）、または柱間隔が広い場合、Q355鋼を使用することで部材の断面積を効果的に縮小し、鋼材消費量を削減できます。単価は若干高めですが、経済性に優れているため、大きな荷重がかかるメインフレーム（梁、柱）によく使用されます。
Q390、Q420、Q460などの高強度鋼は、門型フレームにはほとんど使用されず、特殊な大型クレーンや極度の荷重条件を伴う超大規模プロジェクトでのみ検討されます。一般的に、Q235BまたはQ355Bは主フレーム（梁、柱）に一般的に使用され、Q235鋼は二次構造（垂木、壁桁）に採用されることが多いです。
ポータル型鉄骨工業ビルの実用的レイアウト原則
ポータル型鉄骨工業ビルのレイアウトは、横方向のラーメン構造、縦方向のブレース、囲いシステム、二次構造に重点を置いた体系的な計画ロジックに基づいています。詳細は以下の通りです。
- 横方向のリジッドフレームレイアウト（主な横方向力抵抗システム）: 門型鉄骨工業ビルの「骨格」となる横方向ラーメン構造は、すべての垂直荷重と横方向荷重を支えます。スパンについては、生産ラインの幅、設備の配置、物流通路などの工程要件に基づいて決定する必要があります。一般的な経済的なスパンは18mから36mです。より大きなスパン（例：45m以上）も技術的には可能ですが、経済性を比較検討する必要があります。トラスやブラケットを使用する方が費用対効果が高い場合もあります。横方向ラーメン構造は、シングルスパン、ダブルスパン、またはマルチスパンとして配置できます。マルチスパンレイアウトでは、中間柱は通常、ピンエンド柱の形を採用し、梁にヒンジで固定することで建設を簡素化し、材料を節約します。柱間隔（ラーメン構造間の距離）は、鉄鋼消費量と経済性に影響を与える重要な要素です。一般的な経済的な柱間隔は6mから9mで、クレーンを使用しない場合や小型クレーンを使用する場合は、7.5mまたは8mが広く使用されています。柱間隔を広げる（例えば12mにする）と、ラーメン梁やクレーン梁の鋼材消費量が大幅に増加しますが、ラーメンと基礎の数は減ります。包括的なトレードオフが必要であり、垂木や壁桁の鋼材消費量もそれに応じて増加します。軒高は、サービスクリアランス、クレーンレール上面の高さ、および屋根構造の高さによって決まります。屋根勾配は通常5%～10%（約1/20～1/10）です。勾配が小さすぎると排水に不利になり、勾配が大きすぎると建物の容積と鋼材消費量が増加します。
- 縦方向ブレースシステムのレイアウト（全体の安定性の確保）: 縦ブレースシステムは、門型鉄骨工業ビルの「靭帯」として機能し、個々の横方向のラーメン構造を安定した空間全体に連結することで、縦方向の荷重（縦方向の風荷重、地震力、縦方向のクレーンのブレーキ力など）に耐え、設置時の安定性を確保します。配置位置については、屋根水平ブレースは通常、温度セクションの端部ベイ（第1ベイまたは第2ベイ）と中間ベイに一定の間隔（例：≤60m）で配置されます。長い作業場の場合は、温度伸縮継手を設置し、継手の両側にブレースを設置する必要があります。柱間ブレースは、屋根水平ブレースと同じベイに配置し、強力な横力抵抗トラスシステムを形成し、荷重を基礎に伝達する必要があります。配置型枠には、クロス丸鋼（ターンバックルで締め付ける）またはアングル鋼クロス型枠が通常使用されます。丸鋼ブレースは軽量で経済的であり、張力のみを負担する（張力部材として設計）ため、最も一般的な型枠です。大きなドア開口部や通路のある場所でクロスブレースを設置できない場合は、ポータルブレースを代わりに使用できます。ポータルブレースの主な機能は、ラーメン柱の面外支持点を提供することで柱の有効長を短縮すること、縦方向の水平力を伝達・抑制すること、そして設置中の構造全体の安定性を確保することです。
- 囲いシステムと二次構造レイアウト: 門型鉄骨造建物における垂木と壁桁の配置間隔は、主に屋根パネルと壁パネルの強度と剛性によって決定され、一般的には1.5m間隔です。垂木と壁桁の面外有効長を短縮し、耐荷重性を向上させるには、タイロッドとストラットシステム（通常は丸鋼製）を設置して、安定した耐力システムを形成する必要があります。風柱は、切妻壁パネルから伝達される風荷重を支えるために切妻部に配置されます。風柱の上端はエンドプレートを介してラーメン梁にヒンジ接続されており、水平方向と垂直方向の両方の力を伝達できます。
- コアレイアウトプロセスの概要: 門型鉄骨建物のコアレイアウトプロセスは、「需要指向→予備計画→体系的レイアウト→計算と最適化」というロジックに従います。まず、プロセス要件に基づいてスパン、高さ、クレーントン数、ドア位置を決定します。次に、経済的に合理的な柱間隔（例：7.5m）と屋根勾配（例：1/10）を最初に確認します。次に、横方向のラーメンを配置して主要な耐荷重システムを形成します。次に、縦ブレースを設置し、端部ベイと温度セクションの中央に屋根ブレースと柱間ブレースを設置して、安定した空間構造を構築します。その後、垂木、壁ガート、およびそれらのタイロッドシステムなどの二次構造を合理的に配置します。最後に、切妻システムを設置し、風柱を配置します。最終的には、すべてのレイアウト原則が満たされていることを確認するために、構造計算ソフトウェア（PKPM、YJKなど）を使用してすべてのレイアウトをモデル化し、計算して最適化する必要があります。
ポータル型鉄骨工業ビルの設計ポイント：耐震性と防火性
耐震性を考慮した門型鉄骨工業ビルの設計において、まず重視すべきは全体配置の合理性です。工場構造の質量と剛性は均等に分散されていなければなりません。これにより、地震時に工場が力を均一に受け止め、協調的に変形することが保証され、剛性の不均一性による局所的な過負荷とそれに伴う構造損傷のリスクを最小限に抑えることができます。横方向構造設計には、ラーメン構造、つまり屋根トラスと柱が一定の強度で接合するラーメン構造がより適しています。この設計は、鉄骨構造の耐荷重性能を最大限に引き出し、横方向の構造変形を低減し、耐震性をさらに向上させます。
特に重要なのは、門型鉄骨構造の工場における損傷の多くは、部材強度不足ではなく、部材の不安定性によって引き起こされることです。そのため、ブレースシステムの適切な配置が極めて重要です。柱間ブレースや屋根トラス水平ブレースなどの部材を科学的に配置することで、工場構造全体の安定性を効果的に確保し、地震時の部材の不安定性を防ぐことができます。さらに、構造接合ノードの設計は厳密に管理する必要があり、部材の断面が完全に達する前にノードが破損しないようにする必要があります。これにより、部材は塑性加工状態に入り、地震エネルギーを十分に吸収し、建物の耐震性を最大限に高めることができます。
ポータル型鉄骨工業ビルの主な利点：効率性、自重、空間適応性
門型鉄骨工業ビルが産業界において人気を博しているのは、様々な面での実用的メリットによるものです。まず施工効率の高さから、これらのビルの鉄骨構造部材は工場で大量生産できるため、現場での複雑な打設作業が不要です。建設現場に輸送後、部材を組み立てるだけでビルが完成します。プロセス全体がシンプルかつ効率的であるため、プロジェクトの建設サイクルが大幅に短縮され、企業の生産開始までの期間が短縮されます。
建物の自重という点では、門型鉄骨工業ビルの利点はさらに顕著です。建物の構造質量を約30%軽減できるからです。この特徴は特に2つのケースで重要です。1つは基礎の支持力が低い地域で、自重が軽いことで基礎への圧力が軽減され、基礎補強コストが削減されます。もう1つは耐震強度が高い地域で、軽量構造により地震時の慣性力が軽減され、従来の鉄筋コンクリート構造システムと比較して総合的な経済性が大幅に向上します。
空間利用と機能適応性という点でも、門型鉄骨工業ビルは優れた性能を発揮します。経済的なスパンは通常24メートルから30メートルで、十分な作業スペースを確保し、機械加工や物流保管など、様々な産業活動における大空間のニーズを満たします。同時に、構造設計は高い柔軟性も備えています。企業は実際の生産ニーズに合わせて、構造を複数階または複数スパンに調整したり、クレーンなどの特殊な産業設備を設置したりすることで、様々な産業の生産シナリオに完全に適応することができます。
防火設計：鋼材の耐熱性の欠点を解消し、倒壊リスクを回避する
門型鉄骨構造の産業用建物には、顕著な弱点があります。それは、鉄骨構造の耐火性が低いことです。鉄骨の温度が100℃を超えると、その性能は温度上昇とともに徐々に変化します。引張強度は継続的に低下し、塑性は増加します。温度が500℃に達すると、鉄骨の強度は極めて低いレベルにまで低下し、建物の重量を支えられなくなり、最終的には鉄骨構造の崩壊につながる可能性があります。
そのため、設計基準では、鋼構造物の表面温度が150℃を超える環境下においては、断熱・防火対策を講じる必要があることが明確に規定されています。現在、業界で最も一般的に用いられている解決策は、鋼構造物の表面に耐熱コーティングを施すことです。これらのコーティングは高温環境下で断熱層を形成し、鋼材の温度上昇を緩やかにすることで、火災時の救助時間を稼ぎ、鋼材の急速な性能低下を防ぎ、建物の倒壊リスクを効果的に回避します。
著者について： K-HOME
K-home スチールストラクチャー株式会社 120,000万平方メートルの面積をカバーしています。私たちは、設計、プロジェクト予算、製造、そして PEB鋼構造物の設置 2級ゼネコン資格を持つサンドイッチパネル。当社の製品は軽量鉄骨構造、 PEB ビル, 低価格のプレハブ住宅, コンテナハウス、C / Z鋼、さまざまなモデルのカラー鋼板、PUサンドイッチパネル、EPSサンドイッチパネル、ロックウールサンドイッチパネル、冷蔵室パネル、浄化プレート、およびその他の建設資材。