Deväť kľúčových bodov pre návrh a výstavbu továrenských budov s oceľovou konštrukciou

Továrenské budovy s oceľovou konštrukciouboli široko uznávané v stavebnom inžinierstve, pretože sa rýchlo stavajú, majú nízku vlastnú hmotnosť, majú dobrý seizmický výkon a sú šetrné k životnému prostrediu. Pri projektovaní priemyselných budov postupne nahradili ťažšiu železobetónovú konštrukciu.

Oceľové konštrukcie sa v Číne dlho nepoužívajú a ich detailný dizajn a konštrukčné techniky sa stále vyvíjajú. Hoci priemyselné budovy s oceľovou konštrukciou ponúkajú mnoho výhod, oceľ ako materiál má aj nevýhody – napríklad slabú požiarnu odolnosť a sklon ku korózii. Tieto faktory sa musia brať do úvahy počas projektovania a výstavby.

I. Hlavné výhody továrenských budov s oceľovou konštrukciou

Ako je uvedené v súhrne, hlavné výhody zoceľové konštrukcie priemyselné budovysú nasledovné. Po prvé, pokiaľ ide o rýchlosť výstavby: oceľové komponenty je možné hromadne vyrábať v továrni; konštrukcia je jednoduchá a montáž rýchla, čo výrazne skracuje dobu výstavby. Po druhé, z hľadiska vlastnej hmotnosti: konštrukčná hmotnosť budovy sa môže znížiť o približne 30%; to je obzvlášť ekonomické na miestach s nízkou únosnosťou základov alebo vysokou intenzitou seizmického opevnenia, kde je celková hospodárnosť lepšia ako pri železobetónových konštrukčných systémoch. Napokon, pokiaľ ide o ochranu životného prostredia: oceľové konštrukcie patria do rodiny ekologických systémov zelených budov; samotná oceľ je vysoko pevný, vysokoúčinný materiál s vysokou recyklačnou hodnotou a pri stavbe si nevyžaduje debnenie.

II. Význam kresby

Výkresy sú základom konštrukcie v každom projekte. Počas projektovej fázy priemyselnej budovy s oceľovou konštrukciou by mali byť profesionálni technici stavebnej jednotky zorganizovaní tak, aby vykonali spoločnú kontrolu výkresov, skontrolovali výkresy na „chyby, opomenutia, kolízie a nedostatky“, aby sa problémy vyriešili pred začatím výstavby a aby sa vplyv problémov s výkresmi na kvalitu a harmonogram obmedzil na minimum. Pre projekt oceľovej konštrukcie by sa mali pripraviť samostatné návrhy organizácie výstavby pre fázu výroby a fázu montáže; dokument o procese výroby by mal zahŕňať normy kvality a technické požiadavky každého procesu a podpoložky vo fáze výroby, ako aj špecifické opatrenia prijaté na zabezpečenie kvality produktu.

III. Princípy návrhu výstužného systému

Aby sa zabezpečilo priestorové správanie budovy, zlepšila sa jej celková tuhosť, odolávala a prenášala sa pozdĺžna vodorovná sila, aby sa zabránilo nadmernej deformácii prvkov, zabránilo sa vybočeniu tlačných prvkov a zaručila sa celková stabilita konštrukcie, mal by byť usporiadaný spoľahlivý systém vystuženia podľa konštrukčného tvaru budovy, rozmiestnenia žeriavu, vibračného zariadenia, rozpätia a výšky dielne a dĺžky každej teplotnej zóny. Každá teplotná zóna by mala byť vybavená stabilným medzistĺpovým vystužovacím systémom usporiadaným v koordinácii s bočným horizontálnym vystužením strechy. Poloha vystuženia spodného stĺpa je kľúčovým faktorom, ktorý určuje smer pozdĺžnej deformácie a ovplyvňuje veľkosť tepelného napätia; vystuženie spodného stĺpa by malo byť umiestnené čo najbližšie k stredu teplotnej zóny, aby sa pozdĺžne prvky, ako sú žeriavové nosníky, mohli voľne rozširovať a sťahovať smerom k obom koncom pri zmene teploty. Keď je teplotná zóna krátka, obyčajne sa do stredu umiestni jedna súprava vystuženia spodného stĺpa. Ak je však teplotná zóna dlhšia ako 150 m, mali by byť v rámci zóny nainštalované dve sady vystuženia spodného stĺpa, aby sa zabezpečila pozdĺžna tuhosť; mali by byť umiestnené pokiaľ možno v strednej tretine teplotnej zóny a stredová vzdialenosť medzi dvoma sadami by nemala presiahnuť 72 m, aby sa predišlo nadmernému tepelnému namáhaniu.

IV. Kľúčové body pre seizmický dizajn

Pri vykonávaní seizmického návrhu priemyselnej budovy oceľovej konštrukcie je potrebné vziať do úvahy nasledujúce body. Po prvé, z hľadiska celkového usporiadania by mala byť hmota a tuhosť konštrukcie rovnomerne rozložená, aby bola budova zaťažená rovnomerne a deformovala sa koordinovane; treba sa vyhnúť nerovnomernej tuhosti, pretože má nepriaznivý vplyv na seizmickú výkonnosť. Pre priečnu konštrukciu by sa mal použiť pevný rám alebo rám, v ktorom je strešný nosník pevne spojený so stĺpikmi, aby sa plne využila nosnosť ocele a znížila sa priečna deformácia. Po druhé, budovy s oceľovou konštrukciou zvyčajne zlyhávajú nie preto, že by pevnosť prvkov bola nedostatočná, ale preto, že by sa prvky vybočili; preto je dôležitý najmä prehľadný systém vystuženia, ktorý zaručí celkovú stabilitu stavby. Nakoniec pri zemetrasení dochádza k nízkocyklovej únave a jej vplyv na budovu je potrebné zvážiť pri návrhu. Konštrukcia konštrukčných spojov by mala zabezpečiť, aby nedošlo k porušeniu spoja pred povolením celého prierezu konštrukčných prvkov; členom by malo byť umožnené vstúpiť do plastového štádia, aby mohli plne absorbovať seizmickú energiu a rozvinúť svoju seizmickú kapacitu.

V. Význam konštrukcie tepelnej a požiarnej odolnosti

Oceľové konštrukcie priemyselné budovymajú slabú požiarnu odolnosť. Pri zahriatí ocele nad 100 °C sa jej pevnosť v ťahu znižuje a so stúpajúcou teplotou sa zvyšuje jej plasticita. Okolo 250 °C sa pevnosť v ťahu ocele mierne zvyšuje, zatiaľ čo jej plasticita klesá – jav známy ako modrá krehkosť. Nad 250 °C oceľ začína tečúť. Pri teplote asi 500 °C klesá pevnosť ocele tak nízko, že sa oceľová konštrukcia môže zrútiť. Preto vždy, keď povrchová teplota oceľovej konštrukcie presiahne 150 °C, je potrebné zabezpečiť tepelnú izoláciu a prevedenie protipožiarnej ochrany (zvyčajne sa to dosiahne aplikáciou žiaruvzdorných, protipožiarnych náterov).

Pri výstavbeoceľové konštrukcie priemyselné budovyvzniká veľa praktických problémov; tu analyzujeme len tie najvýznamnejšie.

VI. Zabudovanie kotevných skrutiek počas výstavby

Dá sa povedať, že to, či sú kotviace skrutky pevne nainštalované, je základom stability oceľovej konštrukcie priemyselnej budovy. Presnosť kotevných skrutiek priamo ovplyvňuje umiestnenie oceľovej konštrukcie. Kotviace skrutky musia byť zapustené s prísnou presnosťou: odchýlka osi ±2,0 mm a prevýšenie ±5,0 mm. Pred inštaláciou kotevných skrutiek stĺpa premietnite každú os horizontálnej riadiacej siete na horný povrch základu stĺpa a uzatvorte slučku, aby sa zaručila presnosť montáže skrutiek; potom označte vonkajšie okraje stĺpikov podľa osí. Po namontovaní nosného rámu (podpery) pre kotviace skrutky stĺpa preneste požadovanú výšku na rám z oceľových rúrok. 

VII. Bezpečnostné opatrenia počas zdvíhania

Hlavné preventívne opatrenia sú nasledovné. Najprv označte krížové osi na základnej doske pätky stĺpa a osy kotevných skrutiek a vyčistite šmykové otvory v základni stĺpa; potom, čo je oceľový stĺp na svojom mieste, nastavte jeho výšku a utiahnite matice. Po druhé, po postavení oceľových stĺpov v jednej oblasti nainštalujte ťahadlá (spojovacie prvky), aby ste zabezpečili celkovú stabilitu stĺpov a zabránili ich deformácii pri zdvíhaní oceľových nosníkov. Nakoniec zdvihnite oceľové nosníky: spojte páry nosníkov vo vzduchu a vykonajte počiatočné utiahnutie vysokopevnostných skrutiek; prvý nosník by mal byť zaistený štyrmi kotviacimi drôtmi, aby sa zabránilo jeho nakloneniu na jednu stranu.

VIII. Ťažkosti pri inštalácii systému žeriavového nosníka

Počas výstavby musia byť žeriavové nosníky inštalované striktne zo stĺpového vystuženého priestoru v súlade so špecifikáciami. Akonáhle je medzistĺpové vystuženie nainštalované a pripojené, tvorí relatívne stabilnú jednotku priestorovej tuhosti; inštalácia z tohto zálivu je bezpečnejšia a tiež zaisťuje, že postavenie žeriavových nosníkov neovplyvní zvislosť stĺpov. Počas inštalácie by mali byť podložky umiestnené pod nosníky žeriavu s veľkými odchýlkami v koncovom priereze; tieto podložky musia byť privarené na miesto po nastavení systému žeriavových nosníkov a nosníky by mali byť presne zarovnané podľa vopred nastavených polohovacích línií. Brzdový systém by mal byť formálne pripojený až po nastavení a upevnení nosníkov žeriavu. Keď je brzdová doska spojená s nosníkom žeriavu vysokopevnostnými skrutkami a s pomocným nosníkom zváraním, záleží na postupnosti: najskôr pripojte brzdový tanier k nosníku žeriavu pomocou vysokopevnostných skrutiek a vykonajte počiatočné utiahnutie; potom nastavte pomocný nosník, privarte ho k brzdovej doske a vykonajte konečné utiahnutie vysokopevnostných skrutiek; nakoniec privarte brzdový tanier k pomocnému nosníku. Uťahovanie vysokopevnostných skrutiek a zváranie brzdovej platne by malo prebiehať od stredu každej platne smerom k obom okrajom, aby sa znížilo vnútorné napätie v doštičke.

IX. Stohovanie oceľových komponentov

Na uľahčenie montáže by mali byť oceľové komponenty po príchode na miesto naskladané primeraným spôsobom. Princípy sú: komponenty, ktoré sú naliehavo potrebné na montáž, by sa mali naskladať priamo na mieste podľa poradia zdvíhania – tie, ktoré sa majú zdvíhať, idú najskôr hore a tie, ktoré sa majú zdvíhať neskôr, idú dole; komponenty, ktoré nie sú naliehavo potrebné, by sa mali dočasne uskladniť mimo pracoviska. Pri stohovaní držte stĺpy a trámy oddelené a stohujte ich podľa osi. Sklad by mal spravovať určený personál; komponenty by sa mali započítať do požiadaviek na dodávku a dodacieho listu a záznamy by sa mali archivovať. Prvky H-profilu sa musia skladovať vo zvislej polohe, nikdy nie naplocho. Každý komponent musí byť podopretý aspoň v dvoch bodoch; oporné body by mali byť umiestnené približne v jednej sedmine rozpätia od koncov prvkov. Pri stohovaní vo vrstvách nie sú povolené viac ako tri vrstvy; drevené bloky musia byť správne umiestnené medzi vrstvami, aby boli vyrovnané, a podperné body musia byť zarovnané vertikálne.