Devet ključnih točk za načrtovanje in gradnjo tovarniških zgradb jeklenih konstrukcij

Tovarniške zgradbe jeklenih konstrukcijso bili splošno priznani v gradbeništvu, ker so hitri za gradnjo, majhni lastni teži, imajo dobre potresne lastnosti in so okolju prijazni. Pri načrtovanju industrijskih objektov so postopoma nadomestili težjo armiranobetonsko konstrukcijo.

Jeklene konstrukcije se na Kitajskem že dolgo ne uporabljajo, njihove podrobne tehnike načrtovanja in gradnje pa se še vedno razvijajo. Čeprav imajo industrijske zgradbe z jekleno konstrukcijo številne prednosti, ima jeklo kot material tudi slabosti – na primer slabo požarno odpornost in nagnjenost h koroziji. Te dejavnike je treba upoštevati v fazi načrtovanja in gradnje.

I. Glavne prednosti tovarniških zgradb z jekleno konstrukcijo

Kot je navedeno v povzetku, so glavne prednostiindustrijske zgradbe z jekleno konstrukcijoso naslednji. Prvič, kar zadeva hitrost gradnje: jeklene komponente je mogoče serijsko proizvajati v tovarni; gradnja je enostavna in montaža hitra, kar močno skrajša čas gradnje. Drugič, kar zadeva lastno težo: strukturna teža stavbe se lahko zmanjša za približno 30 %; to je še posebej ekonomično na lokacijah z nizko nosilnostjo temeljev ali visoko potresno intenzivnostjo utrjevanja, kjer je skupna ekonomičnost boljša kot pri armiranobetonskih strukturnih sistemih. Končno z vidika varstva okolja: jeklene konstrukcije sodijo v družino okolju prijaznih sistemov zelene gradnje; samo jeklo je visokotrden, visoko učinkovit material z visoko vrednostjo recikliranja in med gradnjo ne potrebuje opažev.

II. Pomen oblikovanja risbe

Risbe so osnova konstrukcije v katerem koli projektu. Med fazo načrtovanja industrijske zgradbe z jekleno konstrukcijo je treba poklicne tehnike gradbene enote organizirati za izvedbo skupnega pregleda risb, preverjanje risb za "napake, opustitve, kolizije in pomanjkljivosti", tako da so težave rešene pred začetkom gradnje in da je vpliv težav z risbami na kakovost in časovni načrt čim manjši. Za projekt jeklene konstrukcije je treba pripraviti ločene načrte organizacije gradnje za fazo izdelave in fazo montaže; dokument o postopku izdelave bi moral zajemati standarde kakovosti in tehnične zahteve za vsak proces in podpostavko v fazi izdelave, pa tudi posebne ukrepe, sprejete za zagotavljanje kakovosti izdelka.

III. Načela načrtovanja za oporni sistem

Za zagotovitev prostorskega obnašanja zgradbe, izboljšanje njene splošne togosti, odpornosti in prenosa vzdolžnih vodoravnih sil, preprečevanje prekomerne deformacije elementov, izogibanje upogibanju kompresijskih elementov in zagotavljanje splošne stabilnosti konstrukcije je treba urediti zanesljiv oporni sistem glede na strukturno obliko stavbe, postavitev žerjava, vibrirajočo opremo, razpon in višino delavnice ter dolžino vsakega temperaturnega območja. Vsaka temperaturna cona mora biti opremljena s stabilnim medstebrnim opornim sistemom, razporejenim v koordinaciji s stransko vodoravno oporo strehe. Položaj opornice spodnjega stebra je ključni dejavnik, ki določa smer vzdolžne deformacije in vpliva na količino toplotne napetosti; oporo spodnjega stebra je treba postaviti čim bližje sredini temperaturnega območja, tako da se lahko vzdolžni elementi, kot so nosilci žerjava, prosto širijo in krčijo proti obema koncema, ko se temperatura spreminja. Kadar je temperaturno območje kratko, se na sredino običajno namesti en sklop opornikov spodnjega stebra. Če pa je temperaturno območje daljše od 150 m, je treba znotraj območja namestiti dva niza opornikov spodnjega stebra, da se zagotovi vzdolžna togost; postavljeni morajo biti znotraj srednje tretjine temperaturnega območja, kolikor je to mogoče, medosna razdalja med dvema nizoma pa ne sme presegati 72 m, da se izognemo čezmerni toplotni obremenitvi.

IV. Ključne točke za seizmično načrtovanje

Pri izvajanju potresnega projektiranja industrijske stavbe z jekleno konstrukcijo je treba upoštevati naslednje točke. Prvič, v smislu splošne postavitve morata biti masa in togost konstrukcije enakomerno porazdeljeni, tako da je stavba enakomerno obremenjena in se deformira usklajeno; izogibati se je treba neenakomerni togosti, saj neugodno vpliva na potresno učinkovitost. Za prečno konstrukcijo je treba sprejeti tog okvir ali okvir, v katerem je strešni nosilec togo povezan s stebri, da bi v celoti izkoristili nosilnost jekla in zmanjšali prečne deformacije. Drugič, zgradbe z jeklenimi konstrukcijami običajno ne propadejo, ker trdnost elementov ni zadostna, temveč zato, ker se členki upogibajo; zato je še posebej pomemben dobro urejen oporni sistem, ki zagotavlja celotno stabilnost objekta. Končno, pri potresnem delovanju pride do nizkociklične utrujenosti in njen učinek na zgradbo je treba upoštevati pri načrtovanju. Zasnova strukturnih povezav mora zagotoviti, da do odpovedi spoja ne pride pred popustitvijo celotnega prereza strukturnih elementov; članom je treba omogočiti vstop v plastično fazo, tako da lahko v celoti absorbirajo seizmično energijo in razvijejo svojo potresno sposobnost.

V. Pomen načrtovanja toplotne in požarne odpornosti

Jeklene konstrukcije industrijskih zgradbimajo slabo požarno odpornost. Ko se jeklo segreje nad 100 °C, se njegova natezna trdnost zmanjša, njegova plastičnost pa se z dvigom temperature poveča. Okoli 250 °C se natezna trdnost jekla rahlo poveča, medtem ko se njegova plastičnost zmanjša – pojav, znan kot modra krhkost. Nad 250 °C začne jeklo polzeti. Pri približno 500 °C trdnost jekla pade tako nizko, da se jeklena konstrukcija lahko zruši. Kadar površinska temperatura jeklene konstrukcije preseže 150 °C, je torej treba zagotoviti toplotno izolacijo in protipožarno zasnovo (običajno z nanosom toplotno obstojnih, protipožarnih premazov).

Pri gradnjiindustrijske zgradbe z jekleno konstrukcijo, se pojavijo številni praktični problemi; tukaj analiziramo le najvidnejše.

VI. Vgradnja sidrnih vijakov med gradnjo

Lahko rečemo, da je to, ali so sidrni vijaki trdno nameščeni, ključnega pomena za stabilnost industrijske zgradbe z jekleno konstrukcijo. Natančnost sidrnih vijakov neposredno vpliva na položaj jeklene konstrukcije. Sidrni vijaki morajo biti vgrajeni s strogo natančnostjo: odstopanje osi ±2,0 mm in višina ±5,0 mm. Pred namestitvijo sidrnih vijakov stebra projicirajte vsako os vodoravne krmilne mreže na zgornjo površino temelja stebra in zaprite zanko, da zagotovite natančnost namestitve vijakov; nato označite zunanje robove stebrov glede na osi. Ko je podporni okvir (podpora) za sidrne vijake stebra postavljen, prenesite zahtevano višino na okvir iz jeklenih cevi. 

VII. Previdnostni ukrepi med dvigovanjem

Glavni previdnostni ukrepi so naslednji. Najprej označite prečne središčne črte na osnovni plošči noge stebra in središčnice sidrnih vijakov ter očistite strižne luknje v dnu stebra; ko je jekleni steber na mestu, prilagodite njegovo višino in privijte matice. Drugič, potem ko so jekleni stebri na enem območju postavljeni, namestite vezne palice (povezovalne člene), da zagotovite splošno stabilnost stebrov in preprečite njihovo deformacijo, ko se jekleni nosilci dvignejo. Nazadnje dvignite jeklene nosilce: povežite pare nosilcev v zraku in izvedite prvo zategovanje vijakov visoke trdnosti; prvi žarek je treba pritrditi s štirimi vpenjalnimi žicami, da se prepreči nagibanje na eno stran.

VIII. Težave pri namestitvi sistema žerjavnih žarkov

Med gradnjo je treba žerjavne tramove namestiti strogo iz stebra, v skladu s specifikacijami. Ko je medstebrna vezava nameščena in povezana, tvori razmeroma stabilno prostorsko togostno enoto; namestitev iz tega polja je varnejša in tudi zagotavlja, da postavitev žerjavnih nosilcev ne vpliva na navpičnost stebrov. Med montažo je treba podložne plošče postaviti pod nosilce žerjava z velikimi odstopanji končnega prereza; te podložke je treba privariti na svoje mesto, potem ko je sistem žerjavnih nosilcev nastavljen, nosilce pa je treba natančno poravnati glede na vnaprej nastavljene pozicionirne črte. Zavorni sistem je treba formalno priključiti šele, ko so žerjavni nosilci nastavljeni in pritrjeni. Ko je zavorna plošča povezana z žerjavnim nosilcem z visokotrdnostnimi vijaki in s pomožnim nosilcem z varjenjem, je pomembno zaporedje: najprej povežite zavorno ploščo z žerjavnim nosilcem z visoko trdnimi vijaki in izvedite prvo zategovanje; nato nastavite pomožni nosilec, ga privarite na zavorno ploščo in opravite končno zategovanje vijakov visoke trdnosti; na koncu privarite zavorno ploščo na pomožni nosilec. Zategovanje vijakov z visoko trdnostjo in varjenje zavorne plošče morata potekati od sredine vsake plošče proti obema robovoma, da se zmanjša notranja napetost v plošči.

IX. Zlaganje jeklenih komponent

Za lažjo montažo je treba jeklene komponente po prihodu na gradbišče ustrezno zložiti. Načela so: sestavne dele, ki so nujno potrebni za postavitev, je treba zložiti neposredno na gradbišču, po zaporedju dvigovanja – tisti, ki jih je treba dvigniti, gredo najprej na vrh, tisti, ki jih je treba dvigniti pozneje, pa spodaj; komponente, ki niso nujno potrebne, je treba začasno shraniti izven kraja. Pri zlaganju naj bodo stebri in nosilci ločeni in jih zlagajte po osi. Skladišče mora upravljati pooblaščeno osebje; komponente je treba všteti v zahteve glede dobave in dobavnega seznama, zapise pa je treba shraniti. Elementi H-prereza morajo biti shranjeni pokonci, nikoli ravno. Vsaka komponenta mora biti podprta na vsaj dveh točkah; podporne točke morajo biti nameščene na približno eni sedmini razpona od koncev elementov. Pri zlaganju v plasteh so dovoljene največ tri plasti; lesene bloke je treba pravilno postaviti med plasti, da ostanejo ravni, podporne točke pa morajo biti poravnane navpično.