Negen sleutelpunten voor het ontwerp en de constructie van fabrieksgebouwen met staalconstructies

Fabrieksgebouwen met staalconstructiesworden algemeen erkend in de bouwtechniek omdat ze snel te bouwen zijn, licht van gewicht zijn, goede seismische prestaties hebben en milieuvriendelijk zijn. Bij het ontwerp van industriële gebouwen hebben ze geleidelijk de zwaardere gewapende betonconstructie vervangen.

Staalconstructies worden in China al lange tijd niet meer gebruikt en hun gedetailleerde ontwerp- en constructietechnieken worden nog steeds ontwikkeld. Hoewel industriële gebouwen met stalen constructies veel voordelen bieden, heeft staal als materiaal ook nadelen, bijvoorbeeld een slechte brandwerendheid en de neiging tot corrosie. Met deze factoren moet rekening worden gehouden tijdens zowel de ontwerp- als de bouwfase.

I. De belangrijkste voordelen van fabrieksgebouwen met staalconstructies

Zoals vermeld in de samenvatting, de belangrijkste voordelen vanindustriële gebouwen met staalconstructieszijn als volgt. Ten eerste in termen van bouwsnelheid: stalen componenten kunnen in een fabriek in massa worden geproduceerd; de constructie is eenvoudig en de montage verloopt snel, waardoor de bouwtijd aanzienlijk wordt verkort. Ten tweede, in termen van eigen gewicht: het structurele gewicht van het gebouw kan met ongeveer 30% worden verminderd; dit is vooral voordelig op locaties met een laag draagvermogen van de fundering of een hoge seismische versterkingsintensiteit, waar de algehele economie beter is dan die van structurele systemen van gewapend beton. Ten slotte, in termen van milieubescherming: staalconstructies behoren tot de familie van milieuvriendelijke groene bouwsystemen; staal zelf is een zeer sterk, zeer efficiënt materiaal met een hoge recyclingwaarde, en er is tijdens de constructie geen bekisting voor nodig.

II. Het belang van tekenontwerp

Tekeningen vormen de basis van de constructie in elk project. Tijdens de ontwerpfase van een industrieel gebouw met stalen constructie moeten de professionele technici van de bouweenheid worden georganiseerd om een ​​gezamenlijke tekeningbeoordeling uit te voeren, waarbij de tekeningen worden gecontroleerd op “fouten, weglatingen, botsingen en tekortkomingen”, zodat problemen worden opgelost voordat de bouw begint en de impact van tekeningproblemen op de kwaliteit en planning tot een minimum wordt beperkt. Voor een staalconstructieproject moeten afzonderlijke ontwerpen van de bouworganisatie worden opgesteld voor de fabricagefase en de montagefase; het fabricageprocesdocument moet de kwaliteitsnormen en technische vereisten van elk proces en subitem in de fabricagefase omvatten, evenals de specifieke maatregelen die zijn genomen om de productkwaliteit te garanderen.

III. Ontwerpprincipes voor het bracesysteem

Om het ruimtelijke gedrag van het gebouw te garanderen, de algehele stijfheid te verbeteren, longitudinale horizontale krachten te weerstaan ​​en over te brengen, overmatige vervorming van leden te voorkomen, knikken van compressieleden te voorkomen en de algehele stabiliteit van de constructie te garanderen, moet een betrouwbaar verstevigingssysteem worden aangebracht op basis van de structurele vorm van het gebouw, de kraanindeling, trilapparatuur, de overspanning en hoogte van de werkplaats en de lengte van elke temperatuurzone. Elke temperatuurzone moet worden voorzien van een stabiel tussenkolomversterkingssysteem, aangebracht in coördinatie met de laterale horizontale versteviging van het dak. De positie van de onderkolomversteviging is een sleutelfactor die de richting van de longitudinale vervorming bepaalt en de hoeveelheid thermische spanning beïnvloedt; de onderste kolomversteviging moet zo dicht mogelijk bij het midden van de temperatuurzone worden geplaatst, zodat longitudinale elementen zoals kraanbalken naar beide uiteinden vrij kunnen uitzetten en samentrekken als de temperatuur verandert. Wanneer de temperatuurzone kort is, wordt doorgaans een enkele set onderkolomverstevigingen in het midden geplaatst. Als de temperatuurzone echter langer is dan 150 m, moeten binnen de zone twee sets onderkolomverstevigingen worden geïnstalleerd om de longitudinale stijfheid te garanderen; ze moeten zoveel mogelijk in het middelste derde deel van de temperatuurzone worden geplaatst, en de hart-op-hart afstand tussen de twee sets mag niet groter zijn dan 72 m, om overmatige thermische spanning te voorkomen.

IV. Kernpunten voor seismisch ontwerp

Bij het uitvoeren van het seismische ontwerp van een industrieel gebouw met stalen constructie moeten de volgende punten in acht worden genomen. Ten eerste moeten, in termen van de algemene indeling, de massa en stijfheid van de constructie gelijkmatig worden verdeeld, zodat het gebouw gelijkmatig wordt belast en op een gecoördineerde manier vervormt; ongelijkmatige stijfheid moet worden vermeden, omdat dit een ongunstig effect heeft op de seismische prestaties. Voor de dwarsconstructie moet een stijf frame worden gebruikt, of een frame waarin de dakspant star met de kolommen is verbonden, om de draagkracht van staal ten volle te benutten en de dwarsvervorming te verminderen. Ten tweede falen gebouwen met stalen constructies meestal niet omdat de sterkte van de onderdelen onvoldoende is, maar omdat de onderdelen knikken; daarom is een goed doordacht schoorsysteem dat de algehele stabiliteit van het gebouw garandeert bijzonder belangrijk. Ten slotte treedt er bij aardbevingen laagcyclische vermoeidheid op, en bij het ontwerp moet rekening worden gehouden met het effect ervan op het gebouw. Het ontwerp van structurele verbindingen moet ervoor zorgen dat er geen verbindingsbreuk optreedt voordat de structurele onderdelen over de volledige doorsnede zijn meegegeven; de leden moeten de mogelijkheid krijgen om het plastische stadium te betreden, zodat zij seismische energie volledig kunnen absorberen en hun seismische capaciteit kunnen ontwikkelen.

V. Het belang van hitte- en brandwerendheidsontwerpen

Industriële gebouwen met staalconstructieshebben een slechte brandwerendheid. Wanneer staal boven de 100 °C wordt verwarmd, neemt de treksterkte af en neemt de plasticiteit toe naarmate de temperatuur stijgt. Rond de 250 °C neemt de treksterkte van staal iets toe, terwijl de plasticiteit ervan afneemt – een fenomeen dat bekend staat als blauwe brosheid. Boven de 250 °C begint staal te kruipen. Bij ongeveer 500 °C daalt de sterkte van staal zo laag dat de staalconstructie kan instorten. Daarom moeten, wanneer de oppervlaktetemperatuur van een staalconstructie hoger is dan 150 °C, thermische isolatie en een brandwerend ontwerp worden aangebracht (meestal bereikt door het aanbrengen van hittebestendige, brandwerende coatings).

Bij de bouw vanindustriële gebouwen met staalconstructieser doen zich veel praktische problemen voor; hier analyseren we alleen de meest prominente.

VI. Ankerbouten inbedden tijdens de bouw

Er kan worden gezegd dat de vraag of de ankerbouten stevig zijn geïnstalleerd van fundamenteel belang is voor de stabiliteit van een industrieel gebouw met stalen constructie. De nauwkeurigheid van de ankerbouten heeft rechtstreeks invloed op de positionering van de staalconstructie. Ankerbouten moeten met strikte precisie worden ingebed: asafwijking ±2,0 mm en hoogte ±5,0 mm. Voordat u de kolomankerbouten installeert, projecteert u elke as van het horizontale controlenetwerk op het bovenoppervlak van de kolomfundering en sluit u de lus, om de installatienauwkeurigheid van de bouten te garanderen; markeer vervolgens de buitenranden van de kolommen volgens de assen. Zodra het draagframe (schoren) voor de kolomankerbouten is geplaatst, brengt u de vereiste hoogte over op het stalen buisframe. 

VII. Voorzorgsmaatregelen tijdens het hijsen

De belangrijkste voorzorgsmaatregelen zijn als volgt. Markeer eerst de kruismiddellijnen op de basisplaat van de kolomvoet en de hartlijnen van de ankerbouten, en maak de breekgaten in de kolombasis schoon; Nadat de stalen kolom op zijn plaats zit, past u de hoogte aan en draait u de moeren vast. Ten tweede, nadat de stalen kolommen in een bepaald gebied zijn geplaatst, installeert u de trekstangen (verbindingselementen) om de algehele stabiliteit van de kolommen te garanderen en te voorkomen dat ze vervormen wanneer de stalen balken worden gehesen. Hijs ten slotte de stalen balken: verbind paren balken in de lucht en voer de eerste aanscherping van de zeer sterke bouten uit; de eerste balk moet worden vastgezet met vier spandraden om te voorkomen dat deze naar één kant kantelt.

VIII. Moeilijkheden bij het installeren van het kraanbalksysteem

Tijdens de bouw moeten kraanbalken strikt vanaf het kolomverstevigde vak worden geïnstalleerd, in overeenstemming met de specificaties. Zodra de tussenkolomversteviging is geïnstalleerd en verbonden, vormt deze een relatief stabiele ruimtelijke stijfheidseenheid; het installeren vanuit dit vak is veiliger en zorgt er ook voor dat het oprichten van de kraanbalken de verticaliteit van de kolommen niet beïnvloedt. Tijdens de installatie moeten vulplaten onder kraanbalken met grote afwijkingen in de eindsectie worden geplaatst; deze vulplaten moeten op hun plaats worden gelast nadat het kraanbalksysteem is afgesteld, en de balken moeten nauwkeurig worden uitgelijnd tegen de vooraf ingestelde positioneringslijnen. Het remsysteem mag pas formeel worden aangesloten nadat de kraanbalken zijn afgesteld en bevestigd. Wanneer de remplaat met zeer sterke bouten aan de kraanbalk en door middel van lassen met de hulpspant is verbonden, is de volgorde van belang: verbind eerst de remplaat met de kraanbalk met bouten met hoge sterkte en voer de eerste aanscherping uit; stel vervolgens de hulpspant af, las deze vast aan de remplaat en voer de laatste aanscherping van de zeer sterke bouten uit; las ten slotte de remplaat aan de hulpspant. Zowel het aandraaien van de bouten met hoge sterkte als het lassen van de remplaat moeten plaatsvinden vanuit het midden van elke plaat naar beide randen, om de interne spanning in de plaat te verminderen.

IX. Stapelen van stalen componenten

Om de montage te vergemakkelijken, moeten stalen onderdelen na aankomst op de locatie op een redelijke manier worden gestapeld. De principes zijn: onderdelen die dringend nodig zijn voor de montage moeten direct op de bouwplaats worden gestapeld, volgens de hijsvolgorde; de ​​onderdelen die moeten worden gehesen, gaan eerst naar boven, en de onderdelen die later moeten worden gehesen, gaan naar beneden; Componenten die niet dringend nodig zijn, moeten tijdelijk buiten de locatie worden opgeslagen. Houd bij het stapelen de kolommen en liggers gescheiden en stapel ze per as. Het opslagterrein moet worden beheerd door aangewezen personeel; componenten moeten worden meegeteld bij de leveringseisen en de leveringslijst, en de administratie moet worden gearchiveerd. H-profielelementen moeten rechtop worden bewaard, nooit plat. Elk onderdeel moet op minimaal twee punten worden ondersteund; de steunpunten moeten zich op ongeveer een zevende van de overspanning vanaf de uiteinden van de elementen bevinden. Bij het stapelen in lagen zijn niet meer dan drie lagen toegestaan; houtblokken moeten correct tussen de lagen worden geplaatst om ze waterpas te houden, en de steunpunten moeten verticaal zijn uitgelijnd.