Sla de kennispopularisering over industriële gebouwen met een portaalstaalframe niet over
Over het algemeen is een stalen portaalgebouw voor industriële gebouwen een industrie gebouw met een stalen constructie als belangrijkste dragende systeem. De kern van het ontwerp ligt in het gebruik van het stalen portaalframe als belangrijkste dragende ondersteuning. Het heeft de vorm van een gewone deur en is eenvoudig maar stabiel genoeg om het gewicht van de hoofdconstructie te dragen. Het is ook een veelgebruikt lichtgewicht type, met stalen balken en kolommen als belangrijkste dragende componenten. Dit resulteert in een algehele "deur"-vormige lay-out die kenmerkend is voor industriële gebouwen met een stalen portaalframe.
De constructieve vorm van industriële gebouwen met een stalen portaalconstructie kan flexibel worden aangepast aan de werkelijke behoeften. Lichtgewicht industriële gebouwen met een stalen portaalconstructie zijn met name ideaal voor stalen werkplaatsgebouwenzonder productiekranen, terwijl zware kranen een must zijn voor wie kranen nodig heeft om zware materialen/apparatuur te vervoeren. Qua indeling bieden ze opties met één, twee of meerdere overspanningen, en kunnen ze worden uitgerust met overstekken, aanbouwen of zelfs worden geüpgraded naarstalen gebouwen met meerdere verdiepingenAfhankelijk van de projectvereisten. Gepersonaliseerde aanpassingen (bijv. regenbestendige dakrandoverstekken, kleine bijgebouwen) kunnen ook op maat worden gemaakt.
Deze voordelen maken industriële gebouwen met een stalen portaalconstructie uitermate geschikt voor de behoeften van de bouwsector. Zonder overmatige steunkolommen vermijden ze obstakels bij het plaatsen van fabrieksapparatuur, het opslaan van magazijngoederen of het faciliteren van de werkzaamheden van werknemers. Bovendien kunnen de belangrijkste componenten in fabrieken worden geprefabriceerd en ter plaatse worden gemonteerd. Dit verkort niet alleen de bouwcyclus van industriële gebouwen met een stalen portaalconstructie, maar garandeert ook een consistente kwaliteit. Ze zijn bovendien zeer wind-, sneeuw- en aardbevingsbestendig, wat zorgt voor stabiliteit op lange termijn.
Tegenwoordig zijn industriële gebouwen met een stalen portaalconstructie niet alleen de eerste keuze voor fabriekshallen en grote opslaglocaties, maar ook betrouwbaar voor commerciële locaties en culturele en entertainmentfaciliteiten. Sterker nog, alle projecten die een open binnenruimte nodig hebben, geven prioriteit aan geprefabriceerde industriële gebouwen met een stalen portaalconstructie, omdat ze functionaliteit, efficiëntie en duurzaamheid in evenwicht brengen – belangrijke redenen voor hun populariteit in de moderne bouw.
Begrijp eenvoudig de componenten en structurele details van industriële gebouwen met een portaalstaalframe
De belangrijkste constructieve componenten van industriële gebouwen met een stalen portaalconstructie, zoals kolommen en dakliggers, kunnen worden ontworpen als H-vormige, massieve liggers of vakwerkliggers. Om het staalverbruik te verminderen, kunnen deze liggers ook een variabele doorsnede hebben op basis van de verdeling van het buigmomentdiagram. Hoewel massieve liggers iets meer staal verbruiken, zijn ze eenvoudig te fabriceren en breed toepasbaar in praktische projecten voor industriële gebouwen met een stalen portaalconstructie.
Voor de secundaire constructie van industriële gebouwen met een stalen portaalframe heeft koudgevormd dunwandig staal de voorkeur voor dakgordingen en wandliggers; als de kolomafstand van de fabriek groter is dan 12 m, zijn vakwerkgordingen economischer. Als buigelement is de secundaire constructie met bouten verbonden met het stijve hoofdframe. Deze draagt de lasten van het omkastingssysteem, brengt deze over op de hoofdconstructie en biedt zijdelingse ondersteuning om de algehele stabiliteit van de hoofdconstructie in industriële gebouwen met een stalen portaalframe te verbeteren.
De kern van het omkastingsysteem voor industriële gebouwen met een stalen portaalconstructie wordt gevormd door gevelpanelen, die meestal gemaakt zijn van gerolvormde dunne metalen platen of andere lichtgewicht composietmaterialen. Deze panelen worden met behulp van specifieke methoden met de secundaire constructie verbonden om externe belastingen zoals wind, sneeuw en bouwbelasting te dragen. Het is belangrijk om te weten dat gevelpanelen niet alleen door de secundaire constructie worden ondersteund, maar ook zijdelingse ondersteuning kunnen bieden aan de secundaire constructie, waardoor de stabiliteit van de secundaire constructie tot op zekere hoogte wordt verbeterd.
Bovendien vormen de gevelpanelen, nadat ze met de secundaire constructie zijn verbonden, een sterke schuifstijfheid in hun eigen vlak – een fenomeen dat algemeen bekend staat als het "diafragma-effect". Dit effect zorgt ervoor dat de stalen portaalconstructies van industriële gebouwen met een vlakbelaste constructie bepaalde ruimtelijke structurele prestaties leveren.
Bovendien worden dakschoren en kolomschoren van industriële gebouwen met een stalen portaalconstructie meestal ontworpen als trekstaven, waarbij aangespannen stalen kruisschoren de voorkeur hebben. Als de constructie kranen met een capaciteit van meer dan 5 ton bevat, moeten de kolomschoren worden vervangen door hoekstaal of andere profielstalen schoren. Voor de kolomschoren in de mezzanineconstructie van industriële gebouwen met een stalen portaalconstructie moeten ook hoekstaal of andere profielstalen schoren worden gekozen.
Afhankelijk van de werkelijke architectonische eisen kunnen stalen portaalframe-elementen van verschillende afmetingen worden gerangschikt en gecombineerd tot een verscheidenheid aan constructievormen, die voldoen aan de gebruiksbehoeften van diverse gebouwen met één verdieping. Veelvoorkomende vormen zijn onder meer gevels met gedeeltelijke mezzanines, met ventilatieopeningen of borstweringen, met aanbouwen en met overstekken aan de dakrand. Ze kunnen ook worden ontworpen als enkel hellend, meervoudig overspannend met enkele nok en dubbele hellingen, meervoudig overspannend met meerdere nok en meerdere hellingen, en gecombineerde hoge en lage overspanningen. Daarnaast worden in sommige scenario's ook stalen portaalframes met frametype gebruikt.
▪ Basisvormen van Portaalgebouwen met stalen frame
▪ Lokale verbindingen op de tweede verdieping verwijzen naar systemen met meerdere verdiepingen
Bij de afgeleide constructievormen van stalen portaalframes kan ook de kraaninstallatie flexibel worden ingedeeld volgens de daadwerkelijke behoefte en kunnen er gelijktijdig gedeeltelijke tweede verdiepingsruimten worden toegevoegd.
In principe behoren ook puntgevelkozijnen tot de categorie meerspanige portaalkozijnen. Het voornaamste verschil zit in de tussenliggende kolommen, waarvan de profielrichting 90 graden gedraaid is ten opzichte van de conventionele portaalkozijnkolommen.
Staalselectie voor industriële gebouwen met portaalstaalframe op basis van normen en gangbare kwaliteiten
De staalselectie voor industriële gebouwen met portaalframes moet gebaseerd zijn op de Chinese nationale normen Code voor het ontwerp van staalconstructies (GB 50017) en Technische specificatie voor staalconstructies van lichtgewicht portaalframegebouwen (GB 51022). De meest gebruikte staalsoorten en hun toepassingsscenario's zijn als volgt:
Q235-staal, de meest gebruikte en economische keuze, heeft een vloeigrens van 235 N/mm² en is goed te lassen, ductiliteit en sterkte. Het voldoet aan de eisen van de meeste portaalconstructies zonder kranen of met kranen met een kleine laadruimte; het is niet alleen het voorkeursmateriaal voor hoofdconstructies (liggers, kolommen), maar ook het staal dat gewoonlijk wordt gebruikt voor secundaire constructies (gordingen, wandliggers);
Q355-staal (voorheen Q345) is geschikt voor meer kritische componenten, met een vloeigrens van 355 N/mm². De sterkte is ongeveer 36% hoger dan die van Q235-staal. Wanneer de constructie een grote overspanning, zware belasting (zoals bij kranen met een groot laadvermogen) of een grote kolomafstand heeft, kan het gebruik van Q355-staal de doorsnede van componenten effectief verkleinen en het staalverbruik verlagen. Hoewel de prijs per eenheid iets hoger ligt, biedt het een betere algehele economie en wordt het vaak gebruikt voor hoofdframes (liggers, kolommen) die aan zware belastingen worden blootgesteld.
Staalsoorten met een hogere sterkte, zoals Q390, Q420 en Q460, worden zelden gebruikt in portaalconstructies en worden alleen overwogen bij zeer grote projecten met speciale zware kranen of extreme belasting. Over het algemeen wordt Q235B of Q355B vaak gebruikt voor hoofdconstructies (liggers, kolommen), terwijl Q235-staal meestal wordt gebruikt voor secundaire constructies (gordingen, wandliggers).
Praktische lay-outprincipes voor industriële gebouwen met een stalen portaal
De indeling van industriële gebouwen met een stalen portaalconstructie volgt een systematische planningslogica, met de nadruk op laterale, stijve frames, longitudinale verstevigingen, omkastingssystemen en secundaire structuren. De details zijn als volgt:
- Laterale stijve frame-indeling (belangrijk lateraal krachtbestendig systeem): Als het "skelet" van industriële gebouwen met een stalen portaalframe dragen laterale, stijve frames alle verticale en laterale belastingen. Overspanningen moeten worden bepaald op basis van procesvereisten zoals de breedte van de productielijn, de opstelling van de apparatuur en de logistieke passages. De gebruikelijke economische overspanning varieert van 18 tot 36 meter; grotere overspanningen (bijv. meer dan 45 meter) zijn technisch haalbaar, maar vereisen een economische vergelijking – soms is het gebruik van spanten of beugels kosteneffectiever. Laterale, stijve frames kunnen worden uitgevoerd als enkele overspanning, dubbele overspanning of meerdere overspanningen. Bij meerdere overspanningen nemen tussenliggende kolommen meestal de vorm aan van kolommen met penvormige uiteinden, die scharnierend aan liggers zijn bevestigd om de constructie te vereenvoudigen en materiaal te besparen. De kolomafstand (d.w.z. de afstand tussen de stijve frames) is een belangrijke factor die het staalverbruik en de economie beïnvloedt; de gebruikelijke economische kolomafstand is 6 tot 9 meter, en 7.5 of 8 meter wordt veel gebruikt in scenario's zonder kranen of met kranen met een kleine tonnage. Het vergroten van de kolomafstand (bijv. tot 12 m) zal het staalverbruik voor stijve frameliggers en kraanbalken aanzienlijk verhogen, maar het vermindert het aantal stijve frames en funderingen. Dit vereist uitgebreide afwegingen en het staalverbruik voor gordingen en wandliggers zal dienovereenkomstig toenemen. De dakrandhoogte wordt bepaald door de vrije ruimte, de hoogte van de kraanrail en de hoogte van de dakconstructie; de dakhelling is meestal 5% tot 10% (ongeveer 1/20 tot 1/10). Een te kleine helling is ongunstig voor de afwatering, terwijl een te grote helling het bouwvolume en het staalverbruik verhoogt.
- Lay-out van het longitudinale verstevigingssysteem (zorgt voor algehele stabiliteit): Het longitudinale verstevigingssysteem fungeert als de "ligamenten" van industriële gebouwen met een stalen portaalframe en verbindt individuele laterale, stijve frames tot een stabiel ruimtelijk geheel om longitudinale belastingen (zoals longitudinale windbelasting, seismische krachten en longitudinale kraanremkrachten) te weerstaan en stabiliteit tijdens de installatie te garanderen. Wat betreft de plaatsingsposities, wordt de horizontale dakversteviging meestal op bepaalde afstanden (bijv. ≤ 60 m) in de eindvakken (eerste of tweede) en de middelste vakken van temperatuursecties aangebracht; bij lange werkplaatsen moeten temperatuuruitzettingsvoegen worden geplaatst, met versteviging aan beide zijden van de voegen. Kolomversteviging moet in dezelfde vakken worden aangebracht als de horizontale dakversteviging om een sterk lateraal krachtbestendig vakwerksysteem te vormen dat de belasting naar de fundering overbrengt. Voor plaatsingsvormen worden meestal kruisvormige ronde stalen (aangespannen met spanschroeven) of hoekstalen kruisvormen gebruikt. Ronde stalen versteviging is lichtgewicht en economisch en draagt alleen trek (ontworpen als trekstaven), waardoor het de meest voorkomende vorm is. Wanneer kruisschoren niet kunnen worden geïnstalleerd op locaties met grote deuropeningen of doorgangen, kan in plaats daarvan portaalschoren worden gebruikt. De kernfuncties hiervan zijn onder meer het bieden van steunpunten buiten het vlak voor stijve framekolommen om hun effectieve lengte te verkleinen, het overbrengen en weerstaan van longitudinale horizontale krachten en het waarborgen van de algehele stabiliteit van de constructie tijdens de installatie.
- Indeling van het behuizingssysteem en de secundaire structuur: De afstand tussen gordingen en wandliggers in stalen portaalgebouwen wordt voornamelijk bepaald door de sterkte en stijfheid van de dak- en wandpanelen, met een standaardafstand van 1.5 m. Om de effectieve lengte van gordingen en wandliggers buiten het vlak te verkleinen en het draagvermogen te verbeteren, moet een trekstang- en schoorsysteem (meestal gemaakt van rond staal) worden geïnstalleerd om een stabiel draagsysteem te vormen. Windkolommen worden aan de gevels geplaatst om de door de gevelpanelen overgebrachte windbelasting op te vangen; hun boveneinden zijn via eindplaten scharnierend verbonden met stijve frameliggers, waardoor zowel horizontale als verticale krachten kunnen worden overgedragen.
- Samenvatting kernlay-outproces: Het kernproces van de lay-out van stalen portaalgebouwen volgt de logica van "vraaggericht → voorlopige planning → systematische lay-out → berekening en optimalisatie". Bepaal eerst de overspanning, hoogte, kraantonnage en deurposities op basis van de procesvereisten; bevestig vervolgens eerst de economisch redelijke kolomafstand (bijv. 7.5 m) en dakhelling (bijv. 1/10); schik vervolgens laterale, stijve spanten om het hoofddraagsysteem te vormen; monteer vervolgens langsschoren, plaats dakschoren en kolomschoren in de eindvakken en in het midden van de temperatuursecties om een stabiele ruimtelijke structuur te creëren; schik vervolgens op redelijke wijze secundaire structuren zoals gordingen, wandliggers en hun trekstangsystemen; monteer ten slotte het gevelsysteem en plaats de windkolommen. Uiteindelijk moeten alle lay-outs worden gemodelleerd, berekend en geoptimaliseerd met behulp van structurele berekeningssoftware (zoals PKPM, YJK) om ervoor te zorgen dat aan alle lay-outprincipes wordt voldaan.
Ontwerppunten voor industriële gebouwen met een stalen portaalframe: aardbevingsbestendigheid en brandbeveiliging
Bij het ontwerpen van industriële gebouwen met een stalen portaalconstructie die bestand zijn tegen aardbevingen, moet allereerst de rationaliteit van de algehele indeling in acht worden genomen: de massa en stijfheid van de werkplaatsconstructie moeten gelijkmatig verdeeld zijn. Dit zorgt ervoor dat de werkplaats de krachten gelijkmatig draagt en gecoördineerd vervormt onder seismische invloeden, waardoor het risico op lokale overbelasting en daaropvolgende structurele schade door ongelijkmatige stijfheid wordt geminimaliseerd. Voor het ontwerp van de dwarsconstructie zijn stijve frames geschikter, of frames waarbij de dakspanten en kolommen een zekere mate van consolidatie vormen. Dit ontwerp benut de dragende eigenschappen van de staalconstructie volledig, vermindert de dwarse structurele vervorming en verbetert de seismische capaciteit verder.
Het is met name belangrijk om te weten dat de meeste schade aan industriële werkplaatsen met een stalen portaalconstructie wordt veroorzaakt door instabiliteit van de elementen en niet door onvoldoende sterkte van de elementen. Daarom is een verstandige plaatsing van het schoringssysteem cruciaal: een wetenschappelijke plaatsing van componenten zoals schoring tussen kolommen en horizontale schoring van dakspanten kan de algehele stabiliteit van de werkplaatsconstructie effectief waarborgen en instabiliteit van elementen onder seismische invloed voorkomen. Bovendien moet het ontwerp van structurele verbindingsknooppunten strikt worden gecontroleerd. Het is essentieel om ervoor te zorgen dat knooppunten niet bezwijken voordat de volledige doorsnede van de constructie-elementen is bereikt, zodat de elementen in een plastische werktoestand kunnen komen en seismische energie volledig kunnen absorberen, waardoor de seismische weerstand van het gebouw wordt gemaximaliseerd.
Belangrijkste voordelen van industriële gebouwen met een stalen portaalframe: efficiëntie, eigen gewicht en ruimtelijk aanpassingsvermogen
De populariteit van industriële gebouwen met een stalen portaalconstructie in de industriële sector komt voort uit hun praktische voordelen op meerdere vlakken. Om te beginnen met de efficiëntie van de constructie, kunnen de stalen constructiecomponenten van deze gebouwen in massaproductie in fabrieken worden geproduceerd, waardoor complexe stortwerkzaamheden op locatie overbodig zijn; eenmaal getransporteerd naar de bouwplaats, hoeft het gebouw alleen nog maar te worden gemonteerd. Het hele proces is eenvoudig en efficiënt, waardoor de bouwcyclus van het project aanzienlijk wordt verkort en bedrijven sneller met de productie kunnen beginnen.
Wat betreft het eigen gewicht van een gebouw, is het voordeel van industriële gebouwen met een stalen portaalconstructie nog opvallender: het kan de structurele massa van het gebouw met ongeveer 30% verminderen. Deze eigenschap is met name cruciaal in twee scenario's: ten eerste in gebieden met een laag draagvermogen van de fundering, waar het lichtere eigen gewicht de druk op de fundering vermindert en de kosten van funderingswapening verlaagt; ten tweede in gebieden met een hoge seismische versterkingsintensiteit, waar de lichtere constructie de traagheidskracht onder seismische invloed vermindert, wat resulteert in een veel betere algehele efficiëntie in vergelijking met traditionele constructiesystemen van gewapend beton.
Ook qua ruimtegebruik en functionele aanpasbaarheid presteren industriële gebouwen met een stalen portaalframe uitstekend. Hun economische overspanning varieert doorgaans van 24 tot 30 meter, wat voldoende ruimte biedt voor bedrijfsactiviteiten en voldoet aan de grote ruimtebehoeften van diverse industriële activiteiten, zoals mechanische verwerking en logistieke opslag. Tegelijkertijd biedt het structurele ontwerp een hoge mate van flexibiliteit. Bedrijven kunnen de constructie aanpassen aan configuraties met meerdere verdiepingen of meerdere overspanningen, afhankelijk van hun werkelijke productiebehoeften, en zelfs speciale industriële apparatuur zoals kranen installeren, die volledig zijn afgestemd op de productiescenario's van verschillende industrieën.
Brandwerend ontwerp: pak de tekortkomingen van staal op het gebied van hittebestendigheid aan en voorkom instortingsgevaar
Industriële gebouwen met een stalen portaalconstructie hebben een opvallend zwak punt: de slechte brandwerendheid van hun staalconstructies. Zodra de temperatuur van staal boven de 100 °C komt, veranderen de prestaties geleidelijk naarmate de temperatuur stijgt: de treksterkte neemt continu af, terwijl de plasticiteit toeneemt; bij een temperatuur van 500 °C daalt de sterkte van het staal tot een extreem laag niveau, waardoor het het gewicht van het gebouw niet meer kan dragen, wat uiteindelijk kan leiden tot het instorten van de staalconstructie.
Daarom bepalen ontwerpvoorschriften duidelijk dat thermische isolatie en brandwerende maatregelen moeten worden genomen als de oppervlaktetemperatuur van de staalconstructie hoger is dan 150 °C. De meest gebruikte oplossing in de industrie is momenteel het aanbrengen van hittebestendige coatings op het oppervlak van de staalconstructie. Deze coatings vormen een thermische isolatielaag in omgevingen met hoge temperaturen, waardoor de temperatuurstijging van het staal wordt vertraagd, er tijd wordt gewonnen voor brandbestrijding en de prestaties van het staal worden beschermd tegen snelle degradatie, waardoor het risico op instorting van het gebouw effectief wordt vermeden.
Over auteur: K-HOME
K-home Staalconstructie Co., Ltd heeft een oppervlakte van 120,000 vierkante meter. Wij houden ons bezig met het ontwerp, de projectbegroting, de fabricage en de uitvoering ervan installatie van PEB-staalconstructies en sandwichpanelen met algemene contractkwalificaties van de tweede graad. Onze producten omvatten lichte staalconstructies, PEB-gebouwen, goedkope prefabhuizen, containerhuizen, C/Z-staal, verschillende modellen kleurstaalplaten, PU-sandwichpanelen, eps-sandwichpanelen, steenwolsandwichpanelen, koelcelpanelen, zuiveringsplaten en andere bouwmaterialen.