Nou punts clau per al disseny i construcció d'edificis de fàbriques d'estructures d'acer

Edificis d'estructures d'acerhan estat àmpliament reconeguts en enginyeria de la construcció perquè són ràpids de construir, lleugers en pes propi, tenen un bon rendiment sísmic i són respectuosos amb el medi ambient. En el disseny de naus industrials, han anat substituint progressivament l'estructura més pesada de formigó armat.

Les estructures d'acer no s'utilitzen a la Xina des de fa molt de temps, i el seu disseny detallat i tècniques de construcció encara s'estan desenvolupant. Tot i que els edificis industrials d'estructura d'acer ofereixen molts avantatges, l'acer com a material també té inconvenients, per exemple, poca resistència al foc i tendència a la corrosió. Aquests factors s'han de tenir en compte tant en la fase de disseny com en la de construcció.

I. Els principals avantatges dels edificis de fàbriques d'estructures d'acer

Com s'esmenta al resum, els principals avantatges deedificis industrials d'estructura d'acersón els següents. En primer lloc, pel que fa a la velocitat de construcció: els components d'acer es poden produir en sèrie en una fàbrica; la construcció és senzilla i la construcció és ràpida, la qual cosa redueix molt el període de construcció. En segon lloc, pel que fa al pes propi: el pes estructural de l'edifici es pot reduir al voltant d'un 30%; això és especialment econòmic en llocs amb baixa capacitat de suport de fonamentació o alta intensitat de fortificació sísmica, on l'economia global és millor que la dels sistemes estructurals de formigó armat. Finalment, pel que fa a la protecció del medi ambient: les estructures d'acer pertanyen a la família de sistemes d'edificació ecològics; L'acer en si és un material d'alta resistència i alta eficiència amb un alt valor de reciclatge i no requereix encofrat durant la construcció.

II. La importància del disseny del dibuix

Els dibuixos són la base de la construcció en qualsevol projecte. Durant la fase de disseny d'una nau industrial d'estructura d'acer, els tècnics professionals de la unitat de construcció s'han d'organitzar per dur a terme una revisió conjunta del dibuix, comprovant els dibuixos per "errors, omissions, col·lisions i deficiències" de manera que els problemes es resolguin abans de començar la construcció i l'impacte dels problemes de dibuix en la qualitat i el calendari es redueixi al mínim. Per a un projecte d'estructura d'acer, s'han de preparar dissenys separats d'organització de la construcció per a l'etapa de fabricació i l'etapa d'erecció; El document del procés de fabricació ha de cobrir els estàndards de qualitat i els requisits tècnics de cada procés i subelement en l'etapa de fabricació, així com les mesures específiques adoptades per garantir la qualitat del producte.

III. Principis de disseny per al sistema de tirants

Per garantir el comportament espacial de l'edifici, millorar la seva rigidesa general, resistir i transmetre forces horitzontals longitudinals, evitar la deformació excessiva dels membres, evitar el pany dels membres de compressió i garantir l'estabilitat general de l'estructura, s'ha de disposar un sistema de reforç fiable segons la forma estructural de l'edifici, la disposició de la grua, l'equip de vibració, l'amplitud i l'alçada del taller i la longitud de cada zona de temperatura. Cada zona de temperatura s'ha de proveir d'un sistema d'arriostrament entre columnes estable, disposat en coordinació amb l'arriostrament horitzontal lateral del sostre. La posició de l'arriostrament de la columna inferior és un factor clau que determina la direcció de la deformació longitudinal i afecta la quantitat de tensió tèrmica; l'arriostrament de la columna inferior s'ha de col·locar el més a prop possible del centre de la zona de temperatura, de manera que els membres longitudinals, com ara les bigues de grua, es puguin expandir i contraure lliurement cap als dos extrems a mesura que canvia la temperatura. Quan la zona de temperatura és curta, generalment es col·loca un sol conjunt de tirants de columna inferior al mig. Tanmateix, quan la zona de temperatura sigui més llarga que 150 m, s'han d'instal·lar dos jocs de tirants de columna inferior dins de la zona per garantir la rigidesa longitudinal; s'han de col·locar al terç mitjà de la zona de temperatura en la mesura del possible, i la distància de centre a centre entre els dos conjunts no ha de superar els 72 m, per tal d'evitar un estrès tèrmic excessiu.

IV. Punts clau per al disseny sísmic

Quan es realitza el disseny sísmic d'un edifici industrial d'estructura d'acer, cal tenir en compte els punts següents. En primer lloc, pel que fa a la disposició general, la massa i la rigidesa de l'estructura s'han de distribuir uniformement de manera que l'edifici es carregui de manera uniforme i es deformi de manera coordinada; S'ha d'evitar la rigidesa desigual, ja que té un efecte desfavorable sobre el rendiment sísmic. Per a l'estructura transversal, s'ha d'adoptar un marc rígid o un marc en què l'armadura del sostre està rígidament connectada a les columnes, per tal d'aprofitar al màxim el rendiment de càrrega de l'acer i reduir la deformació transversal. En segon lloc, els edificis d'estructures d'acer solen fallar no perquè la força dels membres és insuficient, sinó perquè els membres s'enfonsen; per tant, és especialment important un sistema de tirants ben disposat que garanteixi l'estabilitat global de l'edifici. Finalment, sota l'acció del terratrèmol, es produeix una fatiga de baix cicle, i el seu efecte sobre l'edifici s'ha de tenir en compte en el disseny. El disseny de les connexions estructurals ha de garantir que la fallada de la junta no es produeixi abans de la cediment de la secció completa dels elements estructurals; s'ha de permetre que els membres entrin a l'etapa plàstica perquè puguin absorbir completament l'energia sísmica i desenvolupar la seva capacitat sísmica.

V. La importància del disseny de resistència a la calor i al foc

Edificis industrials d'estructura d'acertenen poca resistència al foc. Quan l'acer s'escalfa per sobre de 100 °C, la seva resistència a la tracció disminueix i la seva plasticitat augmenta a mesura que augmenta la temperatura. Al voltant dels 250 °C, la resistència a la tracció de l'acer augmenta lleugerament mentre disminueix la seva plasticitat, un fenomen conegut com a fragilitat blava. Per sobre dels 250 °C, l'acer comença a fluir. A uns 500 °C, la resistència de l'acer cau tan baixa que l'estructura d'acer pot col·lapsar-se. Per tant, sempre que la temperatura superficial d'una estructura d'acer superi els 150 °C, s'ha de proporcionar un disseny d'aïllament tèrmic i de protecció contra incendis (normalment s'aconsegueix aplicant recobriments resistents a la calor i protectors del foc).

En la construcció deedificis industrials d'estructura d'acer, sorgeixen molts problemes pràctics; aquí només analitzem els més destacats.

VI. Incorporació de cargols d'ancoratge durant la construcció

Es pot dir que si els cargols d'ancoratge estan ben instal·lats és fonamental per a l'estabilitat d'un edifici industrial d'estructura d'acer. La precisió dels cargols d'ancoratge afecta directament el posicionament de l'estructura d'acer. Els cargols d'ancoratge s'han d'incrustar amb una precisió estricta: desviació de l'eix ± 2,0 mm i elevació ± 5,0 mm. Abans d'instal·lar els cargols d'ancoratge de la columna, projecteu tots els eixos de la xarxa de control horitzontal a la superfície superior de la base de la columna i tanqueu el bucle, per tal de garantir la precisió d'instal·lació dels cargols; després marqueu les vores exteriors de les columnes segons els eixos. Un cop muntat el marc de suport (apuntalament) per als cargols d'ancoratge de la columna, transferiu l'elevació necessària al marc de tub d'acer. 

VII. Precaucions durant l'elevació

Les principals precaucions són les següents. Primer, marqueu les línies centrals creuades a la placa base del peu de la columna i les línies centrals dels cargols d'ancoratge i netegeu els forats de cisalla a la base de la columna; després que la columna d'acer estigui en posició, ajusteu-ne l'elevació i premeu les femelles. En segon lloc, després d'aixecar les columnes d'acer d'una zona, instal·leu els tirants (elements de connexió), per garantir l'estabilitat general de les columnes i evitar que es deformin quan s'aixequen les bigues d'acer. Finalment, hisseu les bigues d'acer: connecteu parells de bigues a l'aire i realitzeu l'estreny inicial dels cargols d'alta resistència; la primera biga s'ha de fixar amb quatre cables tens per evitar que s'inclini cap a un costat.

VIII. Dificultats en la instal·lació del sistema de biga grua

Durant la construcció, les bigues de la grua s'han d'instal·lar estrictament des de la badia de pilars, d'acord amb les especificacions. Un cop instal·lat i connectat l'arriostrament entre columnes, forma una unitat de rigidesa espacial relativament estable; la instal·lació des d'aquesta badia és més segura i també garanteix que la muntatge de les bigues de la grua no afecti la verticalitat de les columnes. Durant la instal·lació, les plaques de calçat s'han de col·locar sota les bigues de la grua amb grans desviacions de la secció final; aquestes calces s'han de soldar al seu lloc després d'haver ajustat el sistema de bigues de la grua i les bigues s'han d'alinear amb precisió contra les línies de posicionament preestablertes. El sistema de frenada s'ha de connectar formalment només després d'haver ajustat i arreglat les bigues de la grua. Quan la placa de fre està connectada a la biga de la grua mitjançant cargols d'alta resistència i a l'armadura auxiliar mitjançant soldadura, la seqüència importa: primer connecteu la placa de fre a la biga de la grua amb cargols d'alta resistència i realitzeu l'estreny inicial; A continuació, ajusteu l'armadura auxiliar, soldeu-la a la placa de fre i realitzeu l'estreny final dels cargols d'alta resistència; finalment, soldeu la placa de fre a l'armadura auxiliar. Tant l'estrenyiment dels cargols d'alta resistència com la soldadura de la placa de fre han de procedir des del centre de cada placa cap a les dues vores, per tal de reduir la tensió interna de la placa.

IX. Apilament de components d'acer

Per facilitar el muntatge, els components d'acer s'han d'apilar de manera raonable després d'arribar al lloc. Els principis són: els components que es necessiten amb urgència per al muntatge s'han d'apilar directament al lloc, seguint la seqüència d'elevació: els que s'han d'elevar primer van a dalt i els que s'han d'aixecar després van per sota; els components que no siguin necessaris amb urgència s'han d'emmagatzemar temporalment fora del lloc. Quan apileu, mantingueu les columnes i les bigues separades i apileu-les per eixos. El pati d'emmagatzematge ha de ser gestionat per personal designat; Els components s'han de comptar amb els requisits de subministrament i la llista de lliurament, i els registres s'han d'arxivar. Els membres de la secció H s'han d'emmagatzemar en posició vertical, mai plans. Cada component s'ha de recolzar en almenys dos punts; els punts de suport s'han de situar aproximadament a una setena part de l'envergadura des dels extrems dels membres. Quan s'apilen en capes, no es permeten més de tres capes; els blocs de fusta s'han de col·locar correctament entre les capes per mantenir-los a nivell, i els punts de suport s'han d'alinear verticalment.