Не пропускайте популяризацію знань про промислові будівлі зі сталевим каркасом Portal
Загалом кажучи, промислова будівля з портальною сталевою рамою є промислова будівля зі сталевою конструкцією як основною несучою системою. Основою його конструкції є використання сталевого каркасу порталу як основної несучої опори — за формою, подібною до щоденних дверей, він простий, але достатньо стійкий, щоб витримувати вагу основної конструкції будівлі. Це також поширений легкий тип, з основними несучими компонентами, включаючи сталеві балки та сталеві колони, що створює загальну компоновку у формі «дверей», що є типовим для промислових будівель зі сталевим каркасом порталу.
Структурну форму промислових будівель з портальним сталевим каркасом можна гнучко адаптувати до фактичних потреб. Зокрема, легкі промислові будівлі з портальним сталевим каркасом ідеально підходять для сталеві цехові будівлібез виробничих кранів, тоді як важкі крани є обов'язковими для тих, кому потрібні крани для транспортування важких матеріалів/обладнання. Щодо компонування, вони пропонують однопрольотні, двопрольотні та багатопрольотні варіанти, а також можуть бути оснащені карнизними звисами, анфілями або навіть модернізовані добагатоповерхові сталеві будівліВідповідно до вимог проекту. Також можуть бути виконані індивідуальні модифікації (наприклад, дощозахисні карнизи, невеликі допоміжні прибудови).
Ці переваги роблять промислові будівлі з портальним сталевим каркасом добре пристосованими до потреб будівельної галузі. Відсутність зайвих опорних колон дозволяє уникнути перешкод під час розміщення заводського обладнання, зберігання складських товарів або полегшення роботи працівників. Більше того, їхні ключові компоненти можуть бути попередньо виготовлені на заводах та зібрані на місці — це не тільки скорочує цикл будівництва промислових будівель з портальним сталевим каркасом, але й забезпечує стабільну якість. Вони також мають сильну стійкість до вітру, снігу та землетрусів, що забезпечує довгострокову стабільність.
Сьогодні промислові будівлі з портальним сталевим каркасом є не лише першим вибором для заводських цехів та великих складських приміщень, але й надійними для комерційних приміщень та культурно-розважальних закладів. Фактично, всі проекти, що потребують відкритого внутрішнього простору, надають перевагу збірним промисловим будівлям з портальним сталевим каркасом, оскільки вони поєднують функціональність, ефективність та довговічність — ключові причини їхньої популярності в сучасному будівництві.
Легко зрозумійте компоненти та конструктивні деталі промислових будівель з портальних сталевих каркасів
В основних конструктивних елементах промислових будівель зі сталевим каркасом портальних стінок колони та балки даху можуть бути спроектовані як H-подібні або ґратчасті елементи з суцільною стінкою. Для зменшення витрат сталі ці елементи також можуть мати змінний поперечний переріз на основі розподілу моментів згинання на діаграмі. Хоча елементи з суцільною стінкою використовують трохи більше сталі, їх легко виготовити та широко застосовують у практичних проектах промислових будівель зі сталевим каркасом портальних стінок.
Для вторинної конструкції промислових будівель зі сталевим каркасом портальних конструкцій перевагу надають холоднокатаній тонкостінній сталі для покрівельних прогонів та стінових ригельних балок; якщо відстань між колонами заводу перевищує 12 м, фермові прогони є більш економічними. Як згинальні елементи, вторинна конструкція з'єднується з основним жорстким каркасом за допомогою болтів — вона сприймає навантаження від системи огорожі, передає їх на основну конструкцію та забезпечує бічну підтримку для підвищення загальної стійкості основної конструкції в промислових будівлях зі сталевим каркасом портальних конструкцій.
Основою огороджувальної системи для промислових будівель зі сталевим каркасом портальних споруд є облицювальні панелі, які зазвичай виготовляються з тонких металевих листів прокату або інших легких композитних матеріалів. Ці панелі з'єднуються з вторинною конструкцією за допомогою спеціальних методів для витримування зовнішніх навантажень, таких як вітер, сніг та будівельні навантаження. Варто зазначити, що облицювальні панелі не тільки підтримуються вторинною конструкцією, але й можуть забезпечувати бічну підтримку для вторинної конструкції, певною мірою підвищуючи її стійкість.
Більше того, після з'єднання панелей облицювання з вторинною конструкцією вони утворюють сильну жорсткість на зсув у власній площині — явище, загальновідоме як «ефект діафрагми». Цей ефект дозволяє промисловим будівлям зі сталевим каркасом, навантаженим площиною, мати певні просторові структурні характеристики.
Крім того, кріплення даху та міжколонні кріплення портальних сталевих каркасних промислових будівель зазвичай проектуються як натягнуті елементи, при цьому перевагу надають затягнутим поперечним сталевим кріпленням. Якщо конструкція включає крани вантажопідйомністю понад 5 тонн, міжколонні кріплення необхідно замінити кутовими сталевими або сталевими кріпленнями іншого профілю. Для міжколонних кріплень у мезонінній частині конструкції портальних сталевих каркасних промислових будівель також слід вибирати кутові або сталеві кріплення іншого профілю.
Відповідно до фактичних архітектурних вимог, елементи сталевих каркасів порталів різних розмірів можуть бути розташовані та поєднані для формування різноманітних структурних форм, які відповідають потребам використання різних одноповерхових будівель. Поширені форми включають ті, що мають часткові мезоніни, вентиляційні отвори або парапети, з навісами та зі звисами карнизів. Вони також можуть бути спроектовані як односхилі, багатопрольотні з одним гребенем та подвійними скатами, багатопрольотні з кількома гребенями та кількома скатами, а також комбіновані з високими та низькими прольотами. Крім того, в деяких сценаріях також використовуються сталеві каркаси порталів рамного типу.
▪ Основні форми Портальні сталеві каркасні будівлі
▪ Локальні з'єднання другого поверху (див. багатоповерхові каркасні системи)
У похідних структурних формах портальних сталевих рам кранове обладнання також може бути гнучко розташоване відповідно до фактичних потреб, а також одночасно може бути додано часткові приміщення другого поверху.
По суті, двосхилі портальні рами також належать до категорії багатопрольотних портальних рам; основна відмінність полягає в їхніх проміжних колонах, орієнтація перерізу яких повернута на 90 градусів порівняно з колонами звичайних портальних рам.
Вибір сталі для промислових будівель з портально-сталевим каркасом на основі стандартів та поширених марок
Вибір сталі для промислових будівель з портально-каркасними рамами повинен базуватися на китайських національних стандартах. Кодекс проектування сталевих конструкцій (GB 50017) та Технічні умови на сталеві конструкції легких портально-каркасних будівель (GB 51022). Найчастіше використовувані марки сталі та сценарії їх застосування такі:
Сталь Q235, як найпоширеніший та найекономічніший вибір, має межу плинності 235 Н/мм² та володіє хорошою міцністю, пластичністю та зварюваністю. Вона відповідає вимогам більшості портальних каркасних будівель без кранів або з кранами малого тоннажу; це не лише кращий матеріал для основних каркасів (балок, колон), але й сталь, яка зазвичай використовується для вторинних конструкцій (прогонів, стінових риштування);
Сталь Q355 (раніше позначалася як Q345) підходить для більш відповідальних компонентів, з межею текучості 355 Н/мм². Її міцність приблизно на 36% вища, ніж у сталі Q235. Коли конструкція має великий проліт, велике навантаження (наприклад, з великотоннажними кранами) або велику відстань між колонами, використання сталі Q355 може ефективно зменшити розмір поперечного перерізу компонентів та заощадити витрату сталі. Хоча її ціна за одиницю трохи вища, вона пропонує кращу загальну економічність і часто використовується для основних каркасів (балок, колон), що піддаються великим навантаженням.
Такі високоміцні сталі, як Q390, Q420 та Q460, рідко використовуються в портальних рамах і розглядаються лише у надвеликих проектах зі спеціальними важкими кранами або екстремальними умовами навантаження. Загалом, Q235B або Q355B зазвичай використовується для основних рам (балок, колон), тоді як сталь Q235 зазвичай застосовується для вторинних конструкцій (прогонів, стінових ригелів).
Практичні принципи планування промислових будівель зі сталевим каркасом для порталів
Планування промислових будівель зі сталевим каркасом для портальних споруд відповідає систематичній логіці планування, зосереджуючись на поперечних жорстких каркасах, поздовжніх кріпленнях, системах огороджень та вторинних конструкціях. Деталі такі:
- Компонування жорсткої поперечної рами (основна система опору поперечним силам): Як «скелет» промислових будівель зі сталевим каркасом портальних конструкцій, бічні жорсткі рами несуть усі вертикальні та бічні навантаження. Щодо прольотів, їх слід визначати на основі вимог процесу, таких як ширина виробничої лінії, розташування обладнання та логістичні проходи. Звичайний економічний проліт коливається від 18 м до 36 м; більші прольоти (наприклад, понад 45 м) технічно доцільні, але потребують економічного порівняння — іноді використання ферм або кронштейнів є більш економічно ефективним. Бічні жорсткі рами можуть бути влаштовані як однопрогонові, двопрогонові або багатопрогонові. У багатопрогонових схемах проміжні колони зазвичай мають форму штифтових колон, які шарнірно з'єднані з балками для спрощення будівництва та економії матеріалів. Відстань між колонами (тобто відстань між жорсткими рамами) є ключовим фактором, що впливає на споживання сталі та економію; звичайна економічна відстань між колонами становить від 6 м до 9 м, а 7.5 м або 8 м широко використовується в сценаріях без кранів або з кранами малого тоннажу. Збільшення кроку між колонами (наприклад, до 12 м) значно збільшить витрату сталі для жорстких каркасних балок та підкранових балок, але зменшить кількість жорстких рам та фундаментів — необхідні комплексні компроміси, а витрата сталі для прогонів та стінових риштування також відповідно зросте. Висота карниза визначається службовим зазором, висотою верху підкранової рейки та висотою конструкції даху; ухил даху зазвичай становить від 5% до 10% (приблизно від 1/20 до 1/10) — занадто малий ухил несприятливий для дренажу, тоді як занадто великий ухил збільшує об'єм будівлі та витрату сталі.
- Схема поздовжньої системи кріплення (забезпечення загальної стійкості): Поздовжня система кріплень діє як «зв'язки» промислових будівель з портального сталевого каркасу, з'єднуючи окремі бічні жорсткі рами в стабільне просторове ціле для протистояння поздовжнім навантаженням (таким як поздовжні вітрові навантаження, сейсмічні сили та поздовжні сили гальмування крана) та забезпечуючи стійкість під час монтажу. Щодо розташування елементів, горизонтальне кріплення даху зазвичай розташовується в торцевих прольотах (першому або другому) та середніх прольотах температурних секцій через певні інтервали (наприклад, ≤60 м); для довгих цехів необхідно встановлювати температурні компенсатори, встановлюючи кріплення з обох боків стиків. Міжколонне кріплення слід розташовувати в тих самих прольотах, що й горизонтальне кріплення даху, щоб утворити міцну кроквяну систему, що витримує поперечні сили та передає навантаження на фундамент. Для елементів зазвичай використовуються поперечні круглі сталеві (стягнуті талрепами) або кутові сталеві поперечні профілі — круглі сталеві кріплення легкі та економічні, несуть лише напруження (виготовлені як елементи натягу), що робить їх найпоширенішою формою. Коли поперечне кріплення неможливо встановити в місцях з великими дверними отворами або проходами, замість нього можна використовувати портальне кріплення. Його основні функції включають забезпечення позаплощинних точок опори для колон жорсткої рами для зменшення їхньої ефективної довжини, передачу та опір поздовжнім горизонтальним силам, а також забезпечення загальної стійкості конструкції під час монтажу.
- Схема системи огородження та вторинної конструкції: Відстань між прогонами та стіновими ригелями в портальних сталевих каркасних будівлях головним чином визначається міцністю та жорсткістю покрівельних та стінових панелей, із загальною відстанню 1.5 м. Щоб зменшити позаплощинну ефективну довжину прогонів та стінових ригелів та покращити несучу здатність, слід встановити систему тяг та розпірок (зазвичай виготовлених з круглої сталі), щоб утворити стабільну несучу систему. Вітрові колони розташовуються на фронтонах для сприйняття вітрових навантажень, що передаються стіновими панелями фронтонів; їхні верхні кінці шарнірно з'єднані з жорсткими балками каркаса за допомогою торцевих пластин, що дозволяє передавати як горизонтальні, так і вертикальні сили.
- Короткий опис основного процесу верстки: Основний процес планування сталевих каркасних портальних будівель відповідає логіці «орієнтація на попит → попереднє планування → систематичне планування → розрахунок та оптимізація». Спочатку визначається проліт, висота, вантажопідйомність крана та положення дверей на основі вимог процесу; потім спочатку підтверджується економічно обґрунтована відстань між колонами (наприклад, 7.5 м) та ухил даху (наприклад, 1/10); далі розміщуються бічні жорсткі рами для формування основної несучої системи; потім встановлюються поздовжні кріплення, встановлюються кріплення даху та міжколонні кріплення в торцевих прольотах та середніх температурних секціях для створення стабільної просторової конструкції; згодом розумно розташовуються вторинні конструкції, такі як прогони, стінові ригелі та їх системи тяг; нарешті, встановлюється система фронтонів та розміщуються вітрові колони. Зрештою, всі схеми мають бути змодельовані, розраховані та оптимізовані за допомогою програмного забезпечення для розрахунку конструкцій (наприклад, PKPM, YJK), щоб забезпечити дотримання всіх принципів планування.
Конструктивні особливості промислових будівель зі сталевим каркасом портальних конструкцій: сейсмостійкість та вогнезахист
Під час проектування промислових будівель з портальним сталевим каркасом з урахуванням сейсмостійкості, перше, на що слід зосередитися, це раціональність загального планування: маса та жорсткість конструкції цеху повинні бути рівномірно розподілені. Це забезпечує рівномірне сприйняття навантаження цехом та його координовану деформацію під впливом сейсмічних впливів, мінімізуючи ризик локального перевантаження та подальшого пошкодження конструкції, спричиненого нерівномірною жорсткістю. Для поперечного конструктивного рішення більше підходять жорсткі рами або рами, де кроквяна конструкція та колони утворюють певний ступінь консолідації — така конструкція повністю використовує несучі властивості сталевої конструкції, зменшує поперечну деформацію конструкції та додатково підвищує сейсмічну здатність.
Особливо важливо зазначити, що більшість пошкоджень промислових цехів зі сталевим каркасом порталу спричинені нестабільністю елементів, а не їх недостатньою міцністю. Тому розумне розташування системи кріплення має вирішальне значення: раціональне розміщення компонентів, таких як міжколонні кріплення та горизонтальне кріплення кроквяної конструкції даху, може ефективно забезпечити загальну стійкість конструкції цеху та запобігти нестабільності елементів під впливом сейсмічних впливів. Крім того, конструкція вузлів конструкційних з'єднань повинна суворо контролюватися — важливо забезпечити, щоб вузли не руйнувалися до повного перерізу елементів конструкції, дозволяючи елементам увійти в пластичний робочий стан та повністю поглинути сейсмічну енергію, тим самим максимізуючи сейсмостійкість будівлі.
Основні переваги промислових будівель з портально-сталевим каркасом: ефективність, власна вага та адаптивність до простору
Популярність промислових будівель зі сталевим каркасом портальних конструкцій у промисловому секторі зумовлена їхніми практичними перевагами в багатьох аспектах. Починаючи з ефективності будівництва, сталеві конструкційні компоненти цих будівель можна масово виробляти на заводах, що усуває необхідність складних робіт із заливання на місці; після транспортування на будівельний майданчик будівлю можна завершити, просто склавши компоненти. Весь процес простий та ефективний, що значно скорочує будівельний цикл проекту та допомагає підприємствам швидше розпочати виробництво.
Що стосується власної ваги будівлі, перевага промислових будівель з портально-сталевим каркасом ще більш помітна: це може зменшити конструктивну масу будівлі приблизно на 30%. Ця особливість особливо важлива у двох сценаріях: один – це райони з низькою несучою здатністю фундаменту, де менша власна вага зменшує тиск на фундамент і знижує вартість армування фундаменту; інший – це райони з високою інтенсивністю сейсмічного зміцнення, де менша конструкція зменшує інерційну силу під впливом сейсмічних факторів, що призводить до значно кращої комплексної економічності порівняно з традиційними залізобетонними конструкційними системами.
Коли йдеться про використання простору та функціональну адаптивність, промислові будівлі з портальним сталевим каркасом також добре себе показують. Їхній економічний проліт зазвичай коливається від 24 до 30 метрів, що забезпечує достатньо місця для операцій та задовольняє потреби у великих площах для різних промислових видів діяльності, таких як механічна обробка та логістичне зберігання; водночас конструкційний дизайн пропонує високу гнучкість. Підприємства можуть адаптувати конструкцію до багатоповерхових або багатопрольотних конфігурацій відповідно до своїх фактичних виробничих потреб і навіть встановлювати спеціальне промислове обладнання, таке як крани, повністю адаптуючись до виробничих сценаріїв різних галузей.
Проектування вогнезахисту: усунення недоліку термостійкості сталі та уникнення ризику обвалу
Промислові будівлі з портальним сталевим каркасом мають помітний недолік: низьку вогнестійкість їхніх сталевих конструкцій. Як тільки температура сталі перевищує 100℃, її характеристики поступово змінюються з підвищенням температури: міцність на розтяг постійно знижується, тоді як пластичність зростає; коли температура досягає 500℃, міцність сталі падає до надзвичайно низького рівня, не здатного витримувати вагу будівлі, що зрештою може призвести до руйнування сталевої конструкції.
Тому, норми проектування чітко передбачають, що якщо температура поверхні сталевої конструкції може перевищувати 150℃, необхідно вжити заходів щодо теплоізоляції та протипожежного захисту. Наразі найпоширенішим рішенням у галузі є нанесення термостійких покриттів на поверхню сталевої конструкції — ці покриття утворюють теплоізоляційний шар у високотемпературних середовищах, уповільнюючи швидкість підвищення температури сталі, даючи час для пожежогасіння та захищаючи характеристики сталі від швидкої деградації, ефективно запобігаючи ризику обвалення будівлі.
Про автора: K-HOME
K-home Steel Structure Co., Ltd займає площу 120,000 XNUMX квадратних метрів. Ми займаємось дизайном, бюджетом проекту, виготовленням та монтаж металоконструкцій ПЕБ і сендвіч-панелей з кваліфікацією генпідрядника другого класу. Наша продукція охоплює легкі сталеві конструкції, Будинки ПЕБ, недорогі збірні будинки, контейнерні будинки, C/Z сталь, різні моделі кольорових сталевих листів, сендвіч-панелі PU, сендвіч-панелі EPS, сендвіч-панелі з мінеральної вати, панелі холодильної камери, очисні пластини та інші будівельні матеріали.