În cadrul dezvoltării rapide a industriei moderne și a logisticii, depozitele și atelierele sunt operatorii de bază ai producției și depozitării, iar proiectarea lor structurală trebuie să țină cont de eficiență, siguranță și economie. Structura de oțel a devenit soluția preferată pentru astfel de clădiri datorită proprietăților sale mecanice excelente și eficienței construcției. Ca principalele componente purtătoare de încărcare, proiectarea și selecția coloanelor de oțel și a grinzilor de oțel afectează în mod direct stabilitatea și durata de viață a structurii generale. Acest articol va analiza sistematic aplicarea coloanelor de oțel și a grinzilor de oțel în depozite/ateliere de la proprietățile materialului, specificațiile de proiectare la cazuri reale.
Avantaje de bază ale structurii oțelului
Proprietăți materiale
Rezistența ridicată (rezistența la randament poate atinge mai mult de 345MPa) și caracteristicile ușoare ale oțelului pot reduce considerabil dimensiunea transversală a componentelor și pot elibera mai mult spațiu de construcție. De exemplu, momentul secțiunii de inerție a coloanelor din oțel în formă de H este mai bun decât cel al coloanelor de beton, iar capacitatea de compresiune este crescută cu mai mult de 30%. În plus, performanța seismică a oțelului (coeficientul de ductilitate ≥3) și a acoperirilor rezistente la coroziune prefabricate din fabrică (cum ar fi galvanizarea la cald) prelungesc în continuare durata de viață a structurii.
Economie și eficiență
Proiectarea modulară a structurii de oțel permite instalarea rapidă. Luând ca exemplu un anumit atelier de fabricare a automobilelor, acesta adoptă un sistem prefabricat de coloană cu fascicul de oțel, iar perioada de construcție este scurtată cu 40% în comparație cu structurile tradiționale de beton. În același timp, rata de reciclare a oțelului depășește 90%, iar costul ciclului de viață este redus cu 20%-30%.
Sustenabilitate
În conformitate cu standardele de construcții ecologice (cum ar fi certificarea LEED), emisiile de carbon ale clădirilor cu structuri de oțel sunt cu 35% mai mici decât cele ale betonului, iar deșeurile de construcții pot fi reciclate, ceea ce este în conformitate cu tendința economiei cu conținut scăzut de carbon.
Proiectarea și aplicarea coloanelor de oțel
Selecție de tip și scenarii aplicabile
Coloane de oțel în formă de H: Potrivit pentru depozite cu distanță medie (cum ar fi 24 m distanță), cu o rezistență puternică de forfecare web și conexiune ușoară cu șuruburile cu fascicul de oțel.
Coloane de tip box: utilizate mai ales în atelierele mari sau înalte (cum ar fi hangariile de întreținere a aeronavelor), cu caracteristici excelente de închidere în secțiune transversală și rezistență la torsiune.
Coloane de tub circular: potrivite pentru modele expuse (cum ar fi sălile de expoziții de artă), cu un coeficient de rezistență la vânt scăzut și aspect simplu.
Parametri de proiectare cheie
Analiza sarcinii axiale și a flambajului: sarcina critică trebuie calculată în funcție de formula Euler, iar constrângerile piciorului coloanei (cum ar fi conexiunile cu balamale sau fixe) trebuie să fie luate în considerare.
Proiectarea nodului: Grosimea plăcii de bază trebuie să îndeplinească rezistența de extragere a șurubului de ancorare (calculată conform specificațiilor AISC) și să rezerve 15% redundanță pentru a face față sarcinilor dinamice.
Cerințe de specificații
Urmați standardul AISC 360 (SUA) sau GB 50017 (China), raportul de zvelt de coloană (λ) trebuie controlat în 200 pentru a preveni riscul de instabilitate.
Proiectarea și aplicarea grinzilor de oțel
Strategia de selecție
Ieșii I: costuri reduse, procesare ușoară, potrivită pentru ateliere ușoare (cum ar fi liniile de asamblare electronică).
Grinzi de truss: beneficii economice semnificative atunci când intervalul depășește 30 m (cum ar fi depozitele de logistică), iar greutatea moartă este redusă cu 50%.
Grinzi compozite (grinzi de oțel plăci de beton): Îmbunătățiți rigiditatea podelei, potrivite pentru atelierele de echipamente grele.
Tehnologie de conexiune
Conexiuni cu șuruburi de înaltă rezistență (cum ar fi gradul 10.9): capacitate ridicată de forfecare, potrivită pentru atelierele cu demontare frecventă.
Noduri sudate: Transmisia forței directe, dar este necesară detectarea defectelor UT pentru a detecta calitatea sudurii.
Puncte cheie ale proiectării structurii de depozit/atelier
Optimizarea spațiului
Distanța economică a coloanei este de obicei 8-12 m, iar rata de utilizare a spațiului poate fi crescută cu 30% atunci când este combinată cu sistemul de raft suspendat.
Răspuns special la încărcare
Proiectarea fasciculului de macara: coeficientul de încărcare dinamică este de 1,5, iar calculul oboselii se bazează pe criteriul minerului de daune cumulate ≤1.
Clima regională: încărcăturile de zăpadă (≥0,7 kN/m²) trebuie luate în considerare pentru depozitele din nord, iar încărcăturile de vânt în zonele de coastă sunt calculate pe baza unei viteze de 50 de ani.
Măsuri de protecție
Protecția împotriva incendiilor: pulverizarea acoperirilor de ignificii intumescente (limita de rezistență la foc ≥2 ore) sau utilizarea betonului pentru a înfășura componente din oțel.
Protecție împotriva coroziunii: Oțelul de intemperii S355J2W este preferat în mediile marine pentru a reduce frecvența de întreținere.
Construcții și gestionarea costurilor
Prefabricare și instalare
Utilizați tehnologia BIM pentru a optimiza divizarea componentelor și reducerea punctelor de sudare la fața locului cu 50%. Poziționarea totală a stației este necesară în timpul ridicării, iar abaterea verticalității este ≤h/1000.
Compararea costurilor
Investiția inițială a structurii oțelului este cu 10% -15% mai mare decât cea a betonului, dar beneficiile de funcționare aduse de perioada de construcție scurtată pot compensa diferența de preț. Luând ca exemplu un depozit cu lanț rece, soluția de structură de oțel poate obține recuperarea costurilor în 5 ani.
Studiu de caz: Practica de structură de oțel a Amazon Logistics Center
Prezentare generală a proiectului
Intervalul este de 40m, distanța coloanei este de 12 m, este adoptat sistemul de fascicul de truss din oțel în formă de H, iar sarcina podelei este de 5kn/m².
Inovație tehnologică
Utilizați software -ul Tekla pentru a optimiza proiectarea nodului și pentru a reduce consumul de oțel cu 12%.
Introduceți un sistem inteligent de monitorizare pentru a urmări schimbările de stres ale grinzilor și coloanelor în timp real.
Rezumatul experienței
Este necesar să rezervați canalele de ridicare a echipamentelor în proiectare și să evitați conflictele spațiale între grinzile de oțel și conductele de ventilație.
Tendințe viitoare
Inovație materială
Oțelul de rezistență ultra-înalt S690 (rezistență la randament 690MPa) poate reduce greutatea componentelor cu 25%și a fost pilotat în Tesla Super Factory.
Digitalizare și automatizare
Tehnologia de sudare a robotului BIM controlează eroarea în ± 2mm și realizează penetrarea datelor pe parcursul procesului de proiectare-producție-construcție.
Calea neutră a carbonului
Promovează oțelul cu arc electric (emisiile de carbon sunt cu 75% mai mici decât cuptoarele tradiționale de explozie) și explorează structuri hibride din lemn din oțel pentru a reduce carbonul întruchipat.
Coloane și grinzi de oțel au devenit scheletul clădirilor industriale moderne datorită rezistenței, flexibilității și durabilității lor ridicate. În viitor, prin proiectare inteligentă, inovație materială și construcții verzi, structurile de oțel vor promova în continuare dezvoltarea eficientă și cu conținut scăzut de carbon a depozitelor și atelierelor.
