Не пропустите популяризацию знаний о промышленных зданиях с использованием стальных каркасов Portal
В общем, портальное стальное каркасное промышленное здание – это промышленное здание Основная несущая система — стальная конструкция. В основе конструкции лежит использование стального портального каркаса в качестве основной несущей опоры. По форме напоминающий обычные двери, он прост, но достаточно прочен, чтобы выдерживать вес основной конструкции здания. Это также распространённый лёгкий тип здания, основные несущие элементы которого включают стальные балки и стальные колонны, что в целом формирует конструкцию в форме «двери», типичную для промышленных зданий с портальным стальным каркасом.
Конструктивная форма промышленных зданий с портальным стальным каркасом может быть гибко адаптирована к текущим потребностям. В частности, лёгкие промышленные здания с портальным стальным каркасом идеально подходят для: здания сталелитейных цеховбез производственных кранов, в то время как краны большой грузоподъемности незаменимы для тех, кому нужны краны для транспортировки тяжелых материалов/оборудования. По конструкции они предлагаются в однопролетном, двухпролетном и многопролетном вариантах, а также могут быть оснащены карнизными свесами, пристройками или даже модернизированы до многоэтажные стальные зданияВ соответствии с требованиями проекта. Также возможна разработка индивидуальных модификаций (например, водонепроницаемых карнизных свесов, небольших вспомогательных пристроек).
Эти преимущества делают промышленные здания с портальным стальным каркасом идеально подходящими для нужд строительной отрасли. Отсутствие избыточных опорных колонн позволяет избежать помех при размещении производственного оборудования, хранении складских товаров и обеспечении рабочих условий. Более того, их основные компоненты могут быть изготовлены на заводе и собраны на месте, что не только сокращает цикл строительства промышленных зданий с портальным стальным каркасом, но и обеспечивает стабильное качество. Кроме того, они устойчивы к сильным ветрам, снегу и землетрясениям, обеспечивая долгосрочную устойчивость.
В настоящее время промышленные здания с портальным стальным каркасом являются не только предпочтительным вариантом для заводских цехов и крупных складских помещений, но и надёжным решением для коммерческих объектов, а также культурно-развлекательных учреждений. Фактически, все проекты, требующие открытого внутреннего пространства, отдают предпочтение сборным промышленным зданиям с портальным стальным каркасом, поскольку они сочетают в себе функциональность, эффективность и долговечность — ключевые причины их популярности в современном строительстве.
Легко понять компоненты и конструктивные особенности промышленных зданий с портальным стальным каркасом
В основных конструктивных элементах промышленных зданий с портальным стальным каркасом колонны и балки покрытия могут быть выполнены в виде сплошных Н-образных элементов или решётчатых элементов. Для снижения расхода стали эти элементы могут иметь переменное поперечное сечение, определяемое эпюрой изгибающих моментов. Хотя сплошные элементы расходуют немного больше стали, они просты в изготовлении и широко применяются в проектах промышленных зданий с портальным стальным каркасом.
Для вторичных конструкций промышленных зданий с портальным стальным каркасом предпочтительным является холодногнутый тонкостенный прокат для кровельных прогонов и стеновых перекрытий; если шаг колонн превышает 12 м, более экономичны прогоны ферменного типа. Вторичные конструкции, работающие на изгиб, соединяются с основной жесткой рамой болтовыми соединениями, воспринимая нагрузки от ограждающей системы, передавая их на основную конструкцию и обеспечивая боковую поддержку для повышения общей устойчивости основной конструкции промышленных зданий с портальным стальным каркасом.
Основу ограждающей системы промышленных зданий с портальным стальным каркасом составляют облицовочные панели, которые обычно изготавливаются из тонколистового проката или других лёгких композитных материалов. Эти панели соединяются с несущей конструкцией специальными способами, чтобы выдерживать внешние нагрузки, такие как ветровые, снеговые и строительные. Стоит отметить, что облицовочные панели не только опираются на несущую конструкцию, но и могут обеспечивать её боковую поддержку, что в определённой степени повышает её устойчивость.
Более того, после соединения облицовочных панелей со вторичной конструкцией они создают высокую сдвиговую жёсткость в своей плоскости — явление, известное как «эффект диафрагмы». Этот эффект позволяет промышленным зданиям с портальным стальным каркасом, нагруженным в плоскости, иметь определённые пространственные структурные характеристики.
Кроме того, связи крыши и межколонные связи промышленных зданий с портальным стальным каркасом обычно проектируются как элементы, работающие на растяжение, при этом предпочтительным вариантом являются натянутые поперечные связи круглого сечения. Если конструкция включает краны грузоподъемностью более 5 тонн, межколонные связи необходимо заменить на связи из уголковой стали или другого профиля. Для межколонных связей в мезонине промышленных зданий с портальным стальным каркасом также следует выбирать связи из уголковой стали или другого профиля.
В соответствии с реальными архитектурными требованиями, элементы стального каркаса портала различных размеров могут быть скомпонованы и скомбинированы для создания разнообразных структурных форм, отвечающих эксплуатационным требованиям различных одноэтажных зданий. Распространены конструкции с частичной антресолью, с вентиляционными отверстиями или парапетами, с навесами и с карнизными свесами. Они также могут быть односкатными, многопролётными с одним коньком и двумя скатами, многопролётными с несколькими коньками и несколькими скатами, а также с комбинированными высокими и низкими пролётами. Кроме того, в некоторых случаях используются каркасные стальные каркасы портала.
▪ Основные формы Здания со стальным каркасом Portal
▪ Местные стыки второго этажа относятся к многоэтажным каркасным системам.
В производных конструктивных формах портальных стальных рам крановое оборудование также может быть гибко размещено в соответствии с фактическими потребностями, а также одновременно может быть добавлена частичная площадь второго этажа.
По сути, к многопролетным портальным рамам относятся и двускатные портальные рамы, главное отличие которых заключается в наличии у них промежуточных колонн, ориентация сечений которых повернута на 90 градусов по сравнению с колоннами обычных портальных рам.
Выбор стали для промышленных зданий с каркасом из стальных порталов на основе стандартов и общепринятых марок
Выбор стали для промышленных зданий с портальными каркасами должен основываться на китайских национальных стандартах. Нормы и правила проектирования стальных конструкций (GB 50017) и Технические условия на стальные конструкции легких портально-каркасных зданий (GB 51022). Ниже приведены наиболее распространённые марки стали и области их применения:
Сталь Q235, как наиболее распространённый и экономичный вариант, имеет предел текучести 235 Н/мм² и обладает хорошей прочностью, пластичностью и свариваемостью. Она отвечает требованиям большинства зданий с портальными каркасами без кранов или с кранами малой грузоподъёмности; она является не только предпочтительным материалом для основных рам (балок, колонн), но и обычно используется для вторичных конструкций (прогонов, стеновых ригелей).
Сталь Q355 (ранее обозначавшаяся как Q345) подходит для более ответственных компонентов благодаря пределу текучести 355 Н/мм². Её прочность примерно на 36% выше, чем у стали Q235. Если конструкция имеет большой пролёт, большую нагрузку (например, крупнотоннажные краны) или большое расстояние между колоннами, использование стали Q355 позволяет эффективно уменьшить площадь поперечного сечения компонентов и снизить расход стали. Несмотря на несколько более высокую цену за единицу, она обеспечивает более высокую общую экономичность и часто используется для основных рам (балок, колонн), подверженных большим нагрузкам.
Высокопрочные стали, такие как Q390, Q420 и Q460, редко используются в портальных рамах и рассматриваются только в сверхкрупных проектах с использованием сверхмощных кранов или экстремальными нагрузками. В целом, для основных рам (балок, колонн) обычно используется сталь Q235B или Q355B, тогда как сталь Q235 обычно применяется для второстепенных конструкций (прогонов, стеновых ригелей).
Практические принципы компоновки промышленных зданий с портальным стальным каркасом
Планировка промышленных зданий с портальным стальным каркасом следует системной логике планирования, уделяя особое внимание боковым жёстким каркасам, продольным связям, ограждающим конструкциям и вспомогательным конструкциям. Подробности приведены ниже:
- Компоновка жесткой боковой рамы (основная система сопротивления боковым силам): Будучи «скелетом» промышленных зданий с портальными стальными каркасами, боковые жёсткие рамы несут на себе все вертикальные и боковые нагрузки. Пролёты следует определять на основе технологических требований, таких как ширина производственной линии, расположение оборудования и логистические проходы. Обычный экономичный пролёт составляет от 18 до 36 м; большие пролёты (например, более 45 м) технически осуществимы, но требуют экономического сравнения — иногда использование ферм или кронштейнов более экономично. Боковые жёсткие рамы могут быть однопролётными, двухпролётными или многопролётными. В многопролётных конструкциях промежуточные колонны обычно имеют форму шарнирных колонн, которые шарнирно крепятся к балкам для упрощения строительства и экономии материалов. Шаг колонн (т.е. расстояние между жёсткими рамами) является ключевым фактором, влияющим на расход стали и экономичность; обычный экономичный шаг колонн составляет от 6 до 9 м, а 7.5 или 8 м широко используется в сценариях без кранов или с кранами малой грузоподъёмности. Увеличение шага колонн (например, до 12 м) значительно увеличит расход стали на жёсткие каркасные балки и подкрановые балки, но при этом сократит количество жёстких рам и фундаментов — необходимы комплексные компромиссы, и расход стали на прогоны и стеновые прогоны также соответственно увеличится. Высота карниза определяется габаритами, высотой верхней части подкранового пути и высотой конструкции крыши; уклон крыши обычно составляет от 5% до 10% (примерно от 1/20 до 1/10) — слишком малый уклон неблагоприятен для дренажа, а слишком большой увеличивает объём здания и расход стали.
- Схема системы продольных связей (обеспечение общей устойчивости): Система продольных связей служит «связками» стальных каркасных промышленных зданий, соединяя отдельные боковые жёсткие рамы в устойчивое пространственное целое, способное воспринимать продольные нагрузки (такие как продольные ветровые, сейсмические и продольные силы торможения крана) и обеспечивать устойчивость при монтаже. Что касается расположения в плане, горизонтальные связи крыши обычно располагаются в крайних (первом или втором) и средних пролётах температурных секций с определённым интервалом (например, ≤60 м); для длинных цехов необходимо устраивать температурные деформационные швы, с установкой связей по обе стороны от них. Межколонные связи следует располагать в тех же пролётах, что и горизонтальные связи крыши, для формирования прочной ферменной системы, устойчивой к боковым нагрузкам и передающей нагрузку на фундамент. Для опалубки обычно используют крестовые опалубки из круглой стали (стянутые стяжными муфтами) или уголковой стали. Круглые связи лёгкие и экономичные, воспринимают только растяжение (используются как растягивающие элементы), что делает их наиболее распространённой формой. Если установка поперечных связей в местах с большими дверными проёмами или проходами невозможна, вместо них можно использовать портальные связи. Их основные функции включают в себя обеспечение опорных точек, расположенных вне плоскости, для жёстких колонн каркаса с целью уменьшения их эффективной длины, передачу и противодействие продольным горизонтальным усилиям, а также обеспечение общей устойчивости конструкции во время монтажа.
- Схема системы ограждения и вторичной конструкции: Шаг расположения прогонов и стеновых прогонов в зданиях с портальным каркасом из стали определяется главным образом прочностью и жёсткостью панелей крыши и стен, при этом обычно шаг составляет 1.5 м. Для уменьшения эффективной длины прогонов и стеновых прогонов, выходящих за пределы плоскости, и повышения несущей способности следует устанавливать систему стяжек и стоек (обычно из круглой стали), образующую устойчивую несущую систему. Ветровые колонны устанавливаются на фронтонах для восприятия ветровых нагрузок, передаваемых панелями фронтона; их верхние концы шарнирно соединены с жёсткими балками каркаса через торцевые пластины, что обеспечивает передачу как горизонтальных, так и вертикальных усилий.
- Процесс разработки основного макета: Основной процесс компоновки зданий с портальным стальным каркасом следует логике «ориентированный на спрос → предварительное планирование → систематическая компоновка → расчет и оптимизация». Во-первых, определите пролет, высоту, тоннаж крана и положение дверей на основе технологических требований; затем изначально подтвердите экономически обоснованное расстояние между колоннами (например, 7.5 м) и уклон крыши (например, 1/10); далее расположите боковые жесткие рамы, чтобы сформировать основную несущую систему; затем установите продольные связи, установите связи между колоннами и связи между колоннами в торцевых пролетах и середине температурных секций для создания устойчивой пространственной конструкции; затем разумно расположите вторичные конструкции, такие как прогоны, стеновые прогоны и их системы стяжек; наконец, установите систему фронтона и расположите ветровые колонны. В конечном счете, все компоновки должны быть смоделированы, рассчитаны и оптимизированы с помощью программного обеспечения для расчета конструкций (например, PKPM, YJK), чтобы гарантировать соблюдение всех принципов компоновки.
Проектные решения для промышленных зданий с портальным стальным каркасом: сейсмостойкость и противопожарная защита
При проектировании промышленных зданий с портальным стальным каркасом с учётом сейсмостойкости в первую очередь следует обратить внимание на рациональность общей компоновки: масса и жёсткость конструкции цеха должны быть равномерно распределены. Это обеспечивает равномерное распределение нагрузки и координированную деформацию цеха при сейсмическом воздействии, минимизируя риск локальных перегрузок и последующих повреждений конструкции, вызванных неравномерной жёсткостью. Для поперечной конструкции более предпочтительны жёсткие каркасы или каркасы, в которых стропильные фермы и колонны создают определённую степень консолидации — такая конструкция в полной мере использует несущие способности стальной конструкции, снижает поперечные деформации конструкции и дополнительно повышает сейсмостойкость.
Особенно важно отметить, что большинство повреждений промышленных цехов с портальными стальными каркасами вызвано не их недостаточной прочностью, а не их неустойчивостью. Поэтому рациональное расположение системы связей имеет решающее значение: грамотное размещение таких компонентов, как межколонные связи и горизонтальные связи стропильных ферм, может эффективно обеспечить общую устойчивость конструкции цеха и предотвратить неустойчивость элементов при сейсмическом воздействии. Кроме того, необходимо строго контролировать конструкцию узлов структурных соединений — важно гарантировать, что узлы не разрушатся до полного поперечного сечения элементов конструкции, позволяя им войти в пластическое рабочее состояние и полностью поглотить сейсмическую энергию, тем самым максимально повышая сейсмостойкость здания.
Основные преимущества промышленных зданий с портальным стальным каркасом: эффективность, собственный вес и гибкость пространства
Популярность промышленных зданий со стальным каркасом портального типа в промышленном секторе обусловлена их многочисленными практическими преимуществами. Прежде всего, это экономичность строительства: стальные несущие элементы этих зданий могут производиться серийно на заводах, что исключает необходимость в сложных заливочных работах на месте; после доставки на строительную площадку здание можно собрать, просто собрав компоненты. Весь процесс прост и эффективен, что значительно сокращает цикл строительства проекта и позволяет предприятиям быстрее начать производство.
С точки зрения собственного веса здания преимущество промышленных зданий с портальным стальным каркасом ещё более ощутимо: оно позволяет снизить конструктивную массу здания примерно на 30%. Эта особенность особенно важна в двух случаях: в районах с низкой несущей способностью фундамента, где меньший собственный вес снижает нагрузку на фундамент и снижает затраты на его усиление; и в районах с высокой сейсмической нагрузкой, где меньшая масса конструкции снижает инерционные силы при сейсмическом воздействии, что обеспечивает значительно большую экономию по сравнению с традиционными железобетонными конструктивными системами.
С точки зрения использования пространства и функциональной адаптивности промышленные здания с портальным стальным каркасом также демонстрируют высокие показатели. Их экономичный пролёт обычно составляет от 24 до 30 метров, обеспечивая достаточно места для выполнения работ и удовлетворяя потребности в больших площадях для различных видов промышленной деятельности, таких как механическая обработка и логистическое хранение. При этом конструкция здания обеспечивает высокую гибкость. Предприятия могут адаптировать конструкцию к многоэтажным или многопролётным конфигурациям в зависимости от фактических производственных потребностей и даже устанавливать специальное промышленное оборудование, например, краны, полностью адаптируя её к производственным условиям различных отраслей.
Проектирование противопожарной защиты: устранение недостатка жаростойкости стали и предотвращение риска обрушения
Промышленные здания с портальным стальным каркасом имеют существенный недостаток: низкую огнестойкость стальных конструкций. Как только температура стали превышает 100 °C, её эксплуатационные характеристики постепенно меняются: прочность на разрыв непрерывно снижается, а пластичность увеличивается; при температуре 500 °C прочность стали падает до крайне низкого уровня, неспособного выдерживать вес здания, что в конечном итоге может привести к обрушению стальной конструкции.
Таким образом, нормы проектирования чётко предусматривают, что если температура поверхности стальной конструкции может превышать 150 °C, необходимо принять меры по теплоизоляции и противопожарной защите. В настоящее время наиболее распространённым решением в отрасли является нанесение на поверхность стальной конструкции термостойких покрытий. Эти покрытия образуют теплоизоляционный слой в условиях высоких температур, замедляя рост температуры стали, выигрывая время для проведения пожаротушения и защищая сталь от быстрого ухудшения её свойств, эффективно предотвращая риск обрушения здания.
Об авторе: K-HOME
K-home Стальные конструкции Co., Ltd. занимает площадь 120,000 XNUMX квадратных метров. Мы занимаемся дизайном, бюджетом проекта, изготовлением и монтаж металлоконструкций ПЭБ и сэндвич-панелей с генподрядной квалификацией второго класса. Наша продукция охватывает легкие стальные конструкции, Здания ПЭБ, недорогие сборные дома, контейнерные дома, сталь C / Z, различные модели цветных стальных листов, сэндвич-панели из полиуретана, сэндвич-панели из пенополистирола, сэндвич-панели из минеральной ваты, панели для холодильных камер, очистительные плиты и другие строительные материалы.