Nu săriți peste popularizarea cunoștințelor despre clădirile industriale cu structură metalică portală
În general, o clădire industrială cu structură metalică portală este o clădire industrială cu o structură de oțel ca principal sistem portant. Nucleul său de design constă în utilizarea cadrului metalic portal ca principal suport portant - în formă de uși de zi cu zi, este simplu, dar suficient de stabil pentru a susține greutatea structurii principale a clădirii. De asemenea, este un tip ușor comun, cu principalele componente portante, inclusiv grinzi de oțel și stâlpi de oțel, prezentând o dispunere generală în formă de „ușă”, tipică clădirilor industriale cu structură metalică portal.
Forma structurală a clădirilor industriale cu structură metalică portală poate fi adaptată flexibil la nevoile reale. Mai exact, clădirile industriale ușoare cu structură metalică portală sunt ideale pentru clădiri de ateliere din oțelfără macarale de producție, în timp ce cele de mare tonaj sunt obligatorii pentru cei care au nevoie de macarale pentru transportul de materiale/echipamente grele. În ceea ce privește configurația, acestea oferă opțiuni cu o singură deschidere, două deschideri și mai multe deschideri și pot fi echipate cu console pentru streșini, anexe sau chiar modernizate pentru aclădiri din oțel cu mai multe etaje conform cerințelor proiectului. De asemenea, pot fi adaptate modificări personalizate (de exemplu, streșini impermeabile, anexe auxiliare mici).
Aceste avantaje fac ca clădirile industriale cu structură metalică portală să fie potrivite pentru nevoile industriei construcțiilor. Fără coloane de susținere excesive, acestea evită obstrucționarea la amplasarea echipamentelor din fabrică, depozitarea mărfurilor din depozit sau facilitarea operațiunilor lucrătorilor. Mai mult, componentele lor cheie pot fi prefabricate în fabrici și asamblate la fața locului - acest lucru nu numai că scurtează ciclul de construcție al clădirilor industriale cu structură metalică portală, dar asigură și o calitate constantă. De asemenea, au o rezistență puternică la vânt, zăpadă și cutremure, asigurând stabilitatea pe termen lung.
În zilele noastre, clădirile industriale cu structură metalică portală nu sunt doar prima alegere pentru atelierele din fabrici și spațiile mari de depozitare, ci și fiabile pentru spațiile comerciale și facilitățile culturale și de divertisment. De fapt, toate proiectele care necesită spațiu interior deschis prioritizează clădirile industriale prefabricate cu structură metalică portală, deoarece acestea echilibrează funcționalitatea, eficiența și durabilitatea - motive cheie pentru popularitatea lor în construcțiile moderne.
Înțelegerea ușoară a componentelor și detaliilor structurale ale clădirilor industriale cu structură metalică portală
În principalele componente structurale ale clădirilor industriale cu structură metalică portală, stâlpii și grinzile de acoperiș pot fi proiectate ca elemente cu inimă solidă în formă de H sau cu zăbrele. Pentru a reduce consumul de oțel, aceste elemente pot adopta și o secțiune transversală variabilă pe baza distribuției diagramei momentului de încovoiere. Deși elementele cu inimă solidă utilizează puțin mai mult oțel, acestea sunt ușor de fabricat și utilizate pe scară largă în proiecte practice de clădiri industriale cu structură metalică portală.
Pentru structura secundară a clădirilor industriale cu structură metalică portală, pentru grinzile de acoperiș și grinzile de pereți se preferă oțelul cu pereți subțiri, format la rece; dacă distanța dintre coloanele instalației depășește 12 m, grinzile de tip structură tip grindă cu zăbrele sunt mai economice. Ca elemente flexibile, structura secundară se conectează la cadrul rigid principal prin intermediul șuruburilor - aceasta preia încărcările din sistemul de închidere, le transferă structurii principale și oferă suport lateral pentru a spori stabilitatea generală a structurii principale în clădirile industriale cu structură metalică portală.
Nucleul sistemului de închidere pentru clădiri industriale cu structură metalică portală îl reprezintă panourile de placare, care sunt de obicei fabricate din foi metalice subțiri laminate sau alte materiale compozite ușoare. Aceste panouri sunt conectate la structura secundară prin metode specifice pentru a suporta sarcini externe, cum ar fi vântul, zăpada și sarcinile de construcție. Este demn de remarcat faptul că panourile de placare nu sunt susținute doar de structura secundară, ci pot oferi și suport lateral pentru structura secundară, sporind într-o anumită măsură stabilitatea acesteia.
Mai mult, după ce panourile de placare sunt conectate la structura secundară, acestea formează o rigiditate puternică la forfecare în propriul plan - un fenomen cunoscut în mod obișnuit sub numele de „efect de diafragmă”. Acest efect permite clădirilor industriale cu structură metalică portală încărcată în plan să aibă o anumită performanță structurală spațială.
În plus, contravântuirile pentru acoperiș și contravântuirile interstâlpi ale clădirilor industriale cu structură metalică portală sunt de obicei proiectate ca elemente de tensionare, contravântuirile transversale din oțel strânse fiind alegerea preferată. Dacă structura include macarale cu o capacitate de peste 5 tone, contravântuirile interstâlpi trebuie înlocuite cu contravântuiri din oțel de colț sau din alte profile de oțel. Pentru contravântuirile interstâlpi din partea structurii mezanin a clădirilor industriale cu structură metalică portală, ar trebui selectate și contravântuiri din oțel de colț sau din alte profile de oțel.
Conform cerințelor arhitecturale actuale, elementele din structura metalică tip portal de diferite dimensiuni pot fi aranjate și combinate pentru a forma o varietate de forme structurale, care satisfac nevoile de utilizare ale diferitelor clădiri cu un singur nivel. Formele comune includ cele cu mezanine parțiale, cu ventilatoare sau parapete, cu adăposturi și cu console la streașină. Acestea pot fi, de asemenea, proiectate cu o singură pantă, cu mai multe deschideri cu coamă simplă și pante duble, cu mai multe deschideri cu coamă multiplă și pante multiple, precum și cu deschideri mari și joase combinate. În plus, în anumite scenarii se utilizează și structuri metalice tip portal.
▪ Forme de bază ale Clădiri cu structură de oțel portal
▪ Îmbinările locale la etajul doi se referă la sistemele de cadru cu mai multe etaje
În formele structurale derivate ale cadrelor metalice portal, echipamentele macaralelor pot fi, de asemenea, aranjate flexibil în funcție de nevoile reale, putând fi adăugate în același timp spații parțiale la etajul al doilea.
În esență, cadrele portal din fronton aparțin, de asemenea, categoriei de cadre portal cu mai multe deschideri; principala diferență constă în stâlpii intermediari, a căror orientare a secțiunii este rotită cu 90 de grade față de cea a stâlpilor convenționali pentru cadre portal.
Selecția oțelului pentru clădiri industriale cu structură metalică portală pe baza standardelor și a claselor comune
Selecția oțelului pentru clădirile industriale cu structură portală se va baza pe standardele naționale chineze Cod pentru proiectarea structurilor metalice (GB 50017) și Specificații tehnice pentru structuri metalice ale clădirilor ușoare cu structură portală (GB 51022). Clasele de oțel utilizate în mod obișnuit și scenariile lor de aplicare sunt următoarele:
Oțelul Q235, fiind cea mai utilizată și economică alegere, are o rezistență la curgere de 235N/mm² și posedă o bună rezistență, ductilitate și sudabilitate. Acesta îndeplinește cerințele majorității clădirilor cu structuri portal fără macarale sau cu macarale de tonaj mic; nu este doar materialul preferat pentru structurile principale (grinzi, stâlpi), ci și oțelul utilizat de obicei pentru structurile secundare (pane, grinzi de perete);
Oțelul Q355 (denumit anterior Q345) este potrivit pentru componente mai critice, având o rezistență la curgere de 355N/mm². Rezistența sa este cu aproximativ 36% mai mare decât cea a oțelului Q235. Atunci când structura are o deschidere mare, o sarcină grea (cum ar fi în cazul macaralelor de tonaj mare) sau o distanță mare între stâlpi, utilizarea oțelului Q355 poate reduce eficient dimensiunea secțiunii transversale a componentelor și poate economisi consumul de oțel. Deși prețul său unitar este puțin mai mare, oferă o economie generală mai bună și este adesea utilizat pentru cadre principale (grinzi, stâlpi) supuse unor sarcini mari.
Oțelurile cu rezistență superioară, cum ar fi Q390, Q420 și Q460, sunt rareori utilizate în structurile de structuri metalice și sunt luate în considerare doar în proiecte foarte mari, cu macarale speciale pentru sarcini grele sau în condiții de sarcină extremă. În general, Q235B sau Q355B este utilizat în mod obișnuit pentru structurile principale (grinzi, stâlpi), în timp ce oțelul Q235 este de obicei adoptat pentru structurile secundare (pene, grinzi de perete).
Principii practice de proiectare pentru clădiri industriale cu structură metalică portală
Dispunerea clădirilor industriale cu structură metalică portală urmează o logică de planificare sistematică, concentrându-se pe cadre rigide laterale, contravântuiri longitudinale, sisteme de închidere și structuri secundare. Detaliile sunt următoarele:
- Dispunerea cadrului rigid lateral (sistem principal de rezistență la forța laterală): Ca „schelet” al clădirilor industriale cu structură metalică portală, cadrele rigide laterale suportă toate încărcările verticale și laterale. În ceea ce privește deschiderile, acestea ar trebui determinate pe baza cerințelor procesului, cum ar fi lățimea liniei de producție, amplasarea echipamentelor și pasajele logistice. Deschiderea economică obișnuită variază de la 18 m la 36 m; deschideri mai mari (de exemplu, peste 45 m) sunt fezabile din punct de vedere tehnic, dar necesită comparații economice - uneori utilizarea grinzilor sau a consolelor este mai rentabilă. Cadrele rigide laterale pot fi aranjate cu o singură deschidere, cu două deschideri sau cu mai multe deschideri. În amplasamentele cu mai multe deschideri, stâlpii intermediari adoptă de obicei forma unor stâlpi cu capete cu știft, care sunt articulați de grinzi pentru a simplifica construcția și a economisi materiale. Distanța dintre stâlpi (adică distanța dintre cadrele rigide) este un factor cheie care afectează consumul de oțel și economia; distanța economică obișnuită dintre stâlpi este de 6 m până la 9 m, iar 7.5 m sau 8 m este utilizată pe scară largă în scenarii fără macarale sau cu macarale de tonaj mic. Creșterea distanței dintre stâlpi (de exemplu, la 12 m) va crește semnificativ consumul de oțel pentru grinzile cu cadru rigid și grinzile de macara, dar reduce numărul de cadre rigide și fundații - sunt necesare compromisuri ample, iar consumul de oțel pentru grinzi și grinzi de pereți va crește, de asemenea, în mod corespunzător. Înălțimea streașinii este determinată de distanța de serviciu, înălțimea superioară a șinei macaralei și înălțimea structurii acoperișului; panta acoperișului este de obicei de 5% până la 10% (aproximativ 1/20 până la 1/10) - o pantă prea mică este nefavorabilă pentru drenaj, în timp ce o pantă prea mare crește volumul clădirii și consumul de oțel.
- Dispunerea sistemului de contravântuiri longitudinale (asigurând stabilitatea generală): Sistemul de contravântuiri longitudinale acționează ca „ligamente” ale clădirilor industriale cu structură metalică portală, conectând cadrele rigide laterale individuale într-un întreg spațial stabil pentru a rezista la încărcări longitudinale (cum ar fi încărcările longitudinale ale vântului, forțele seismice și forțele longitudinale de frânare ale macaralei) și pentru a asigura stabilitatea în timpul instalării. În ceea ce privește pozițiile de amplasare, contravântuirile orizontale ale acoperișului sunt de obicei dispuse în traveele de capăt (primul sau al doilea) și în traveele din mijloc ale secțiunilor de temperatură la anumite intervale (de exemplu, ≤60 m); pentru atelierele lungi, trebuie instalate rosturi de dilatare termică, cu contravântuiri instalate pe ambele părți ale rosturilor. Contravânturile inter-stâlpi trebuie dispuse în aceleași travee ca și contravânturile orizontale ale acoperișului pentru a forma un sistem de grinzi puternic, rezistent la forțe laterale, transferând încărcările către fundație. Pentru formele de amplasare, se utilizează de obicei forme transversale rotunde din oțel (strânse cu întinzătoare) sau forme transversale din oțel de colț - contravântuirile rotunde din oțel sunt ușoare și economice, suportând doar tensiunea (proiectate ca elemente de tensionare), ceea ce le face cea mai comună formă. Atunci când contravântuirile transversale nu pot fi instalate în locații cu deschideri mari de uși sau pasaje, se pot utiliza în schimb contravântuirile portală. Funcțiile sale principale includ asigurarea unor puncte de susținere în afara planului pentru stâlpii cu cadru rigid, pentru a reduce lungimea lor efectivă, transferul și rezistența la forțele orizontale longitudinale și asigurarea stabilității generale a structurii în timpul instalării.
- Sistemul de închidere și structura secundară: Distanța dintre grinzile de susținere și grinzile de pereți în clădirile cu structură metalică portală este determinată în principal de rezistența și rigiditatea panourilor de acoperiș și a panourilor de pereți, cu o distanță obișnuită de 1.5 m. Pentru a reduce lungimea efectivă în afara planului a grinzilor de susținere și a grinzilor de pereți și pentru a îmbunătăți capacitatea portantă, trebuie instalat un sistem de tirant și lonjeroane (de obicei din oțel rotund) pentru a forma un sistem portant stabil. Coloanele de vânt sunt dispuse la frontoane pentru a prelua încărcările vântului transmise de panourile de perete din fronton; capetele lor superioare sunt articulate de grinzi rigide ale cadrului prin intermediul plăcilor de capăt, permițând transferul atât al forțelor orizontale, cât și al celor verticale.
- Rezumatul procesului de aspect central: Procesul de proiectare de bază al clădirilor cu structură metalică portală urmează logica „orientată către cerere → planificare preliminară → proiectare sistematică → calcul și optimizare”. În primul rând, se determină deschiderea, înălțimea, tonajul macaralei și pozițiile ușilor pe baza cerințelor procesului; apoi se confirmă inițial distanța dintre stâlpi rezonabilă din punct de vedere economic (de exemplu, 7.5 m) și panta acoperișului (de exemplu, 1/10); în continuare, se aranjează cadrele rigide laterale pentru a forma sistemul portant principal; apoi se instalează contravântuiri longitudinale, se fixează contravântuirile acoperișului și contravântuirile inter-stâlpi în golurile de capăt și la mijlocul secțiunilor de temperatură pentru a construi o structură spațială stabilă; ulterior, se aranjează în mod rezonabil structurile secundare, cum ar fi grinzile, grinzile de perete și sistemele lor de tiranți; în final, se configurează sistemul de frontoane și se aranjează coloanele de vânt. În cele din urmă, toate configurațiile trebuie modelate, calculate și optimizate folosind software de calcul structural (cum ar fi PKPM, YJK) pentru a se asigura că toate principiile de proiectare sunt respectate.
Puncte de proiectare pentru clădiri industriale cu structură metalică portală: rezistență seismică și protecție la foc
Atunci când se proiectează clădiri industriale cu structură metalică portală pentru rezistență seismică, primul lucru pe care trebuie să se acorde atenție este raționalitatea amplasamentului general: masa și rigiditatea structurii atelierului trebuie să fie distribuite uniform. Acest lucru asigură că atelierul suportă uniform forța și se deformează coordonat sub acțiunea seismică, reducând la minimum riscul de supraîncărcare locală și deteriorarea structurală ulterioară cauzată de rigiditatea inegală. Pentru proiectarea structurală transversală, cadrele rigide sunt mai potrivite sau cadrele în care grinda acoperișului și stâlpii formează un anumit grad de consolidare - acest design valorifică pe deplin performanța portantă a structurii metalice, reduce deformarea structurală transversală și îmbunătățește în continuare capacitatea seismică.
Este deosebit de important de menționat că majoritatea daunelor produse atelierelor industriale cu structură metalică portală sunt cauzate de instabilitatea elementelor structurale, mai degrabă decât de rezistența insuficientă a acestora. Prin urmare, dispunerea rezonabilă a sistemului de contravântuiri este crucială: plasarea științifică a componentelor, cum ar fi contravântuirea între stâlpi și contravântuirea orizontală a grinzilor de acoperiș, poate asigura eficient stabilitatea generală a structurii atelierului și poate preveni instabilitatea elementelor sub acțiunea seismică. În plus, proiectarea nodurilor de conectare structurală trebuie să fie strict controlată - este esențial să se asigure că nodurile nu cedează înainte de a se atinge secțiunea transversală completă a elementelor structurale, permițând elementelor să intre într-o stare de lucru plastică și să absoarbă complet energia seismică, maximizând astfel rezistența seismică a clădirii.
Avantajele principale ale clădirilor industriale cu structură metalică portală: eficiență, greutate proprie și adaptabilitate la spațiu
Popularitatea clădirilor industriale cu structură metalică portală în sectorul industrial provine din avantajele lor practice în multiple aspecte. Începând cu eficiența construcției, componentele structurale metalice ale acestor clădiri pot fi produse în serie în fabrici, eliminând necesitatea unor lucrări complexe de turnare la fața locului; odată transportate la șantier, clădirea poate fi finalizată doar prin asamblarea componentelor. Întregul proces este simplu și eficient, scurtând semnificativ ciclul de construcție al proiectului și ajutând întreprinderile să înceapă producția mai rapid.
În ceea ce privește greutatea proprie a clădirii, avantajul clădirilor industriale cu structură metalică portală este și mai notabil: aceasta poate reduce masa structurală a clădirii cu aproximativ 30%. Această caracteristică este deosebit de critică în două scenarii - unul este cazul zonelor cu capacitate portantă redusă a fundației, unde greutatea proprie mai mică reduce presiunea asupra fundației și scade costul armării fundației; celălalt este cazul zonelor cu intensitate ridicată a fortificației seismice, unde structura mai ușoară reduce forța de inerție sub acțiunea seismică, rezultând o economie globală mult mai bună în comparație cu sistemele structurale tradiționale din beton armat.
În ceea ce privește utilizarea spațiului și adaptabilitatea funcțională, clădirile industriale cu structură metalică portală au, de asemenea, performanțe bune. Deschiderea lor economică variază de obicei între 24 și 30 de metri, oferind spațiu amplu pentru operațiuni și satisfăcând nevoile de spațiu extins ale diverselor activități industriale, cum ar fi prelucrarea mecanică și depozitarea logistică; în același timp, designul structural oferă o flexibilitate ridicată. Întreprinderile pot adapta structura în configurații cu mai multe etaje sau cu mai multe deschideri, în funcție de nevoile lor reale de producție, și chiar pot instala echipamente industriale speciale, cum ar fi macarale, adaptându-se complet scenariilor de producție ale diferitelor industrii.
Proiectare cu protecție la foc: Abordați deficiențele de rezistență la căldură ale oțelului și evitați riscul de prăbușire
Clădirile industriale cu structură metalică portală au o slăbiciune notabilă: rezistența slabă la foc a structurilor lor metalice. Odată ce temperatura oțelului depășește 100℃, performanța sa se schimbă treptat pe măsură ce temperatura crește: rezistența la tracțiune scade continuu, în timp ce plasticitatea crește; când temperatura atinge 500℃, rezistența oțelului scade la un nivel extrem de scăzut, incapabil să susțină greutatea clădirii, ceea ce poate duce în cele din urmă la prăbușirea structurii metalice.
Prin urmare, codurile de proiectare stipulează clar că, dacă temperatura suprafeței structurii de oțel poate fi într-un mediu peste 150℃, trebuie luate măsuri de izolare termică și protecție împotriva incendiilor. În prezent, soluția cea mai frecvent utilizată în industrie este aplicarea de acoperiri rezistente la căldură pe suprafața structurii de oțel - aceste acoperiri formează un strat de izolație termică în medii cu temperaturi ridicate, încetinind rata de creștere a temperaturii oțelului, câștigând timp pentru intervențiile de pompieri și protejând performanța oțelului de degradarea rapidă, evitând eficient riscul prăbușirii clădirii.
Despre autor: K-HOME
K-home Steel Structure Co., Ltd se întinde pe o suprafață de 120,000 de metri pătrați. Suntem implicați în proiectarea, bugetul proiectului, fabricarea și instalarea structurilor din oțel PEB și panouri sandwich cu calificare generală de contractare de gradul doi. Produsele noastre acoperă structuri ușoare din oțel, Clădiri PEB, case prefabricate low-cost, case containere, oțel C/Z, diverse modele de plăci de oțel colorate, panouri sandwich PU, panouri sandwich eps, panouri sandwich din lână de rocă, panouri pentru camere frigorifice, plăci de purificare și alte materiale de construcție.