Длиннопролетные стальные конструкции широко используются в аэропортах, вокзалах, выставочных центрах, стадионах, промышленных предприятиях, складах, авиационных ангарах, логистических центрах и других зданиях, требующих больших помещений без колонн.

При проектировании конструкций с большими пролетами расположение опорных точек оказывает существенное влияние на архитектурную гибкость и конструктивные характеристики. Как правило, чем более рассредоточены опоры, тем больше ограничений на планировку и пространственную организацию. Напротив, конструкции с более концентрированными точками опоры часто могут обеспечить большую гибкость при архитектурном проектировании и использовании внутреннего пространства.

В зависимости от пролета, функции здания, требований к нагрузке, архитектурной формы и условий строительства могут быть использованы различные конструктивные системы и методы установки.

В данной статье представлены основные типы большепролетных металлоконструкций и наиболее часто используемые методы строительства.

1. Основные типы большепролетных металлоконструкций

1.1 Конструкция стального пространственного каркаса

Пространственный каркас представляет собой трехмерную структурную систему, состоящую из нескольких элементов, соединенных через узлы в соответствии с определенным геометрическим расположением.

Двухслойные или многослойные плоские сетчатые системы обычно называют пространственными каркасными структурами . Обычно они изготавливаются из стальных труб, полых профилей или профилей из конструкционной стали.

Общие конфигурации пространственной рамы включают в себя:

• Пространственные каркасы, состоящие из плоских ферменных систем

• Пространственные рамы квадратной пирамиды

• Пространственные рамы треугольной пирамиды

• Пространственные рамы шестиугольной пирамиды

Преимущества пространственно-каркасных конструкций

Пространственно-каркасные системы дают несколько важных преимуществ для большепролетных зданий:

• Превосходное трехмерное распределение нагрузки

• Четкие и эффективные пути передачи нагрузки

• Высокая структурная жесткость

• Относительно небольшой вес конструкции

• Хорошие сейсмические характеристики

• Удобное изготовление и монтаж

• Стандартизированные элементы и узлы соединения

• Подходит для заводского изготовления и массового производства.

• Гибкая архитектурная планировка

• Простая интеграция потолков, трубопроводов, систем отопления, вентиляции и кондиционирования и других инженерных коммуникаций здания.

• Легкий и привлекательный архитектурный вид.

Благодаря этим преимуществам стальные пространственные каркасы обычно используются для выставочных залов, транспортных терминалов, спортивных сооружений, промышленных зданий и крупных общественных зданий.

1.2 Стальная решетчатая конструкция оболочки

Сетчатая оболочка представляет собой изогнутую пространственную сеточную структуру. В зависимости от конструктивного исполнения он может быть выполнен в виде однослойной сетчатой ​​оболочки или двухслойной сетчатой ​​оболочки..

Решетчатые оболочечные конструкции могут быть построены из стали, дерева, железобетона или композитных материалов. Стальные решетчатые оболочки особенно подходят для зданий с большими пролетами из-за их высокого соотношения прочности и веса и гибкости изготовления.

Общие формы включают в себя:

• Сферические сетчатые оболочки

• Цилиндрические сетчатые оболочки

• Гиперболические сетчатые оболочки

• Оболочки с сеткой гиперболического параболоида

• Системы решетчатых оболочек двойной кривизны

Преимущества структур сетчатой ​​оболочки

Сетчатые оболочечные конструкции сочетают в себе характеристики решетчатых и оболочечных структур.

К их ключевым преимуществам относятся:

• Эффективное структурное поведение

• Высокая общая жесткость

• Отличная дальнобойность

• Относительно простые элементы конструкции

• Маленькие компоненты могут быть собраны в очень большие конструкции.

• Элементы и узлы могут быть изготовлены на заводах.

• Удобная модульная установка

• Снижение спроса на тяжелую подъемную технику в некоторых проектах

• Привлекательные и гибкие архитектурные формы

Решетчатые оболочки можно создавать на самых разных изогнутых поверхностях, что делает их подходящими для стадионов, арен, выставочных центров, транспортных узлов, атриумов и знаковых зданий.

1.3 Растяжимая мембранная структура

Мембранная конструкция, также известная как конструкция из натяжной ткани , представляет собой легкую структурную систему с большими пролетами, широко разработанную в двадцатом веке.

В нем используются высокоэффективные гибкие мембранные материалы в сочетании с давлением воздуха, стальными тросами или жесткими опорными конструкциями. За счет введения соответствующего предварительного напряжения на поверхность мембраны конструкция приобретает достаточную жесткость, чтобы покрыть большие пространства.

К основным мембранным структурным системам относятся:

• Мембранные конструкции на воздушной опоре

• Натяжные мембранные конструкции

• Каркасно-опорные мембранные конструкции

Преимущества мембранных конструкций

К основным характеристикам относятся:

• Чрезвычайно низкий собственный вес

• Отличная дальнобойность

• Гибкий архитектурный дизайн

• Быстрая установка

• Снижение расхода конструкционных материалов

• Хорошие экономические показатели

• Высокий визуальный эффект

• Хорошая передача естественного света в зависимости от материала мембраны

• Подходит для архитектуры неправильной и произвольной формы.

Мембранные системы требуют тщательного рассмотрения долговечности материала, контроля предварительного напряжения, ветровых нагрузок, дренажа, деталей соединений и долгосрочного обслуживания.

Они широко используются для крыш стадионов, транспортных средств, входных навесов, коммерческих комплексов, открытых площадок и общественных мест.

1.4 Конструкция с кабельной опорой

В вантовых конструкциях в качестве основных элементов, сопротивляющихся растяжению, используются высокопрочные стальные тросы.

Типичная система подвесной крыши состоит из:

• Кабельная система

• Кровельная система

• Система поддержки

Общие конфигурации включают в себя:

• Односторонние однослойные кабельные конструкции

• Радиальные однослойные кабельные конструкции

• Двухсторонние однослойные кабельные конструкции

• Односторонние двухслойные предварительно напряженные вантовые конструкции

• Радиальные предварительно напряженные вантовые конструкции

• Двухсторонние двухслойные предварительно напряженные кабельные конструкции

• Предварительно напряженные конструкции вантовых сетей

Преимущества вантовых конструкций

Основным преимуществом вантовых конструкций является высокоэффективное использование стали.

В идеальных условиях кабели в основном противостоят нагрузкам за счет осевого растяжения, что значительно снижает эффекты изгиба и сдвига.

Другие преимущества включают в себя:

• Высокая эффективность использования материала

• Очень низкий собственный вес конструкции

• Отличная дальнобойность

• Гибкая структурная организация

• Подходит для различных архитектурных решений.

• Снижение спроса на крупные элементы конструкции

• Отличительный архитектурный облик

Однако конструкции, опирающиеся на кабели, требуют расширенного структурного анализа. Необходимо тщательно оценить уровни предварительного напряжения, геометрическую нелинейность, последовательность строительства, вибрацию, вызванную ветром, и контроль деформации.

1.5 Тонкая оболочка

Тонкостенные конструкции представляют собой изогнутые структурные системы, которые передают нагрузки в основном за счет мембранных сил.

В инженерной практике к тонкой оболочке обычно относят оболочку, толщина которой относительно мала по сравнению с радиусом кривизны.

По своей геометрической форме к оболочечным конструкциям можно отнести:

• Ротационные снаряды

• Трансляционные оболочки

• Цилиндрические оболочки

• Сферические оболочки

• Раковины двойной изогнутости

По материалам они могут включать в себя:

• Стальные тонкие оболочки

• Железобетонные оболочки

• Каменные оболочки

• Композитные оболочечные конструкции

Преимущества тонкостенных конструкций

Конструкции с тонкой оболочкой обеспечивают превосходную несущую способность, поскольку их геометрия позволяет передавать нагрузки за счет действия мембраны, а не за счет изгиба.

Ключевые преимущества включают в себя:

• Высокая структурная прочность

• Высокая жесткость

• Отличная эффективность использования материала

• Возможность большого пролета

• Снижение расхода материала

• Привлекательный архитектурный внешний вид

Сочетание структурной эффективности и архитектурной гибкости делает каркасные конструкции подходящими для стадионов, терминалов, павильонов, выставочных зданий и знаковых проектов.

2. Распространенные методы строительства большепролетных стальных конструкций.

Метод строительства большепролетной стальной конструкции следует выбирать в зависимости от типа конструкции, пролета, высоты здания, условий площадки, грузоподъемности, устойчивости конструкции, требований безопасности и графика проекта.

Обычно используются следующие методы.

2.1 Высотная сборка на месте

Высотная сборка на месте предполагает установку элементов конструкции и узлов соединения непосредственно в окончательные проектные положения.

Во время строительства часто требуются временные опоры для поддержания устойчивости конструкции и контроля деформации. После того, как вся структурная система завершена и стабилизирована, временные опоры постепенно удаляются, чтобы конструкция могла войти в окончательное расчетное напряженное состояние.

Этот метод считается одним из наиболее фундаментальных способов монтажа сложных большепролетных пространственных стальных конструкций.

В зависимости от системы временной поддержки ее обычно можно разделить на два метода.

Установка лесов с полной поддержкой

Полноопорные леса возводятся в соответствии с геометрией и высотой конструкции, что позволяет собирать компоненты конструкции в их окончательном положении.

Подходит для зданий средней высоты и пролета.

К его преимуществам относятся:

• Гибкая конструкция

• Простое позиционирование и выравнивание

• Относительно экономично для подходящих проектов.

• Временные леса часто можно использовать повторно.

К возможным недостаткам относятся:

• Требуется большое количество строительных лесов

• Больше работы на высоте

• Повышенные требования к управлению безопасностью

• Более длительный период установки временной поддержки

Установка временной стальной опорной рамы

Временные стальные опорные рамы специально проектируются с учетом геометрии, нагрузок и последовательности монтажа стальной конструкции.

Этот метод подходит для конструкций большей высоты, больших пролетов и тяжелых компонентов.

Преимущества включают в себя:

• Повышенная устойчивость конструкции

• Улучшенный контроль координат и высоты

• Гибкая конструкция опорной рамы

• Подходит для тяжелых большепролетных конструкций.

Однако временные опорные конструкции могут потребовать более высоких затрат на изготовление и более низких показателей повторного использования.

2.2 Раздвижной метод установки

Метод скользящей установки предполагает сборку секций стальной конструкции в доступном месте и последующее перемещение их по специально спроектированным направляющим до конечного положения.

После того, как каждая секция достигает назначенного места, она соединяется с ранее установленной конструкцией.

Этот метод особенно полезен в тех случаях, когда строительная площадка имеет ограниченный доступ или когда подъемные операции непосредственно над местом окончательной установки затруднены.

Его часто используют для:

• Крыши стадиона

• Выставочные здания

• Транспортные терминалы

• Промышленные здания

• Правильные многоугольные здания

• Большие конструкции с ограниченным пространством для строительства

Преимущества

• Сокращение высотных монтажных работ.

• Более короткий период установки

• Повышение эффективности строительства

• Меньшая зависимость от крупного подъемного оборудования в определенных условиях

Ключевые технические аспекты

Инженерные бригады должны тщательно контролировать:

• Раздвижная конструкция направляющей

• Реакция поддержки

• Синхронизация раздвижного оборудования

• Скорость скольжения

• Структурная деформация

• Временная стабильность

• Окончательная точность позиционирования

2.3 Общая подъемная установка

Полный подъем включает в себя сборку большой секции, а иногда и всей конструкции крыши, на уровне земли или вблизи нее, а затем подъем ее на окончательную проектную высоту с использованием синхронизированного подъемного оборудования.

Этот метод обычно используется для:

• Пространственные каркасные крыши

• Решетчатые кровельные покрытия

• Крупногабаритные промышленные кровельные конструкции

• Крыши стадиона

• Выставочные залы

Основные преимущества

• Значительное сокращение высотных монтажных работ

• Снижение требований к временной поддержке

• Повышенная безопасность строительства

• Более короткое время установки

• Лучшее производство и контроль качества на уровне земли

К основным техническим задачам относятся контроль:

• Расположение точек подъема

• Синхронизация между подъемными устройствами

• Структурное напряжение во время подъема

• Деформация при подъеме

• Временная структурная стабильность

Перед подъемом обычно требуется детальное структурное моделирование и анализ на этапе строительства.

2.4 Общий метод натяжения

Метод общего натяжения в основном применяется для вантовых конструкций и натяжных мембранных конструкций.

Для контролируемого натяжения кабелей используется ряд гидравлических домкратов или специализированных натяжных устройств до тех пор, пока не будет достигнут необходимый уровень предварительного напряжения и высота конструкции.

Он особенно подходит для больших крыш с кабельными опорами и натяжных мембранных конструкций.

Преимущества

• Эффективное применение предварительного напряжения

• Точный контроль силы кабеля

• Снижение высотной ручной работы.

• Снижение требований к рабочей силе

• Повышение эффективности строительства

• Подходит для синхронной установки

Поскольку кабельные и мембранные конструкции очень чувствительны к предварительному напряжению, операции натяжения следует тщательно контролировать, чтобы гарантировать, что уровни усилий, геометрия конструкции и деформация остаются в пределах расчетных допусков.

2.5 Метод прогрессивного расширения для структур сетчатой ​​оболочки

Метод постепенного расширения — это передовая технология монтажа, часто применяемая к конструкциям с крупными решетчатыми оболочками.

Основная процедура:

1. Соберите центральную часть решетчатой ​​оболочки на уровне земли.

2. Поднимите собранную секцию на заданную высоту.

3. Установите дополнительные окружающие секции конструкции.

4. Снова поднимите увеличенную конструкцию.

5. Повторяйте процесс до тех пор, пока не будет собрана вся решетчатая оболочка.

Преимущества

Этот метод может дать несколько преимуществ:

• Снижение требований к временной поддержке

• Дополнительные монтажные работы можно выполнить на уровне земли.

• Улучшенное качество сварки и соединения.

• Снижение рисков при работе на высоте

• Повышенная безопасность строительства

• Упрощенный контроль качества

• Подходит для очень больших пространственных конструкций.

Из-за этих преимуществ установка с постепенным расширением все чаще рассматривается в сложных проектах со стальной решетчатой ​​оболочкой с большими пролетами.

2.6 Консольный метод установки

При консольном методе установки относительно небольшие конструктивные элементы изготавливаются заводским способом или собираются на уровне земли, а затем поднимаются непосредственно на место.

Новые конструктивные элементы устанавливаются постепенно от завершенной части конструкции.

Этот метод обычно подходит для относительно небольших или конструктивно простых пространственных стальных конструкций.

Преимущества

• Меньше временных опор

• Сокращение временных работ

• Возможное снижение стоимости строительства.

• Гибкая последовательность установки

Однако стабильность на этапе строительства имеет решающее значение.

Прежде чем устанавливать дополнительные элементы, ранее установленная конструкция должна иметь достаточную жесткость и геометрическую устойчивость.

Потенциальные риски включают в себя:

• Чрезмерная временная деформация

• Вторичные напряжения, вызванные строительством

• Неустойчивость незавершенных структурных систем

• Сложный контроль выравнивания

• Повышенные требования безопасности при монтаже

Поэтому перед применением консольного метода установки необходимо выполнить структурное моделирование и анализ на этапе строительства.

3. Как выбрать правильный метод строительства

Не существует единого метода строительства, подходящего для каждой длиннопролетной стальной конструкции.

Стратегия установки должна определяться в соответствии с конкретными условиями проекта.

Важные факторы включают в себя:

• Структурная система

• Пролет и высота здания

• Тоннаж стали

• Размеры компонентов

• Доступность сайта

• Грузоподъемность крана

• Доступная площадь сборки

• Условия временной поддержки

• График строительства

• Местные погодные условия

• Ограничения на транспортировку

• Требования безопасности

• Пределы структурной деформации

• Требования к точности установки

Для сложных проектов можно комбинировать несколько методов строительства.

Например, часть конструкции крыши может быть собрана на уровне земли, поднята как большой блок, а затем завершена сборкой на высоте.

Детальное моделирование конструкции, анализ подъема, проектирование временных опор и мониторинг деформаций необходимы для обеспечения безопасности конструкции.

4. Заключение

Длиннопролетные стальные конструкции обеспечивают значительные преимущества для зданий, которым требуются большие открытые пространства, архитектурная гибкость, высокая структурная эффективность и уменьшенное количество внутренних колонн.

Общие конструктивные системы включают пространственные рамы, решетчатые оболочки, натяжные мембранные конструкции, конструкции с кабельной опорой и конструкции с тонкими оболочками..

В зависимости от требований проекта строительство может быть завершено путем высотной сборки на месте, подвижной установки, общего подъема, синхронного натяжения, постепенного расширения или консольной установки..

Успех проекта стальной конструкции с большими пролетами зависит не только от конструктивного проектирования, но и от точности изготовления, качества соединений, временной устойчивости, контроля подъема, последовательности монтажа и проектирования на этапе строительства.

ZSJH STEEL Решения для стальных конструкций больших пролетов

ZSJH STEEL предлагает комплексные решения по стальным конструкциям для промышленных, коммерческих и крупнопролетных строительных проектов.

Наши услуги могут включать в себя:

• Изготовление металлоконструкций

• Изготовление металлоконструкций по индивидуальному заказу

• Инженерная деталировка и рабочие чертежи

• Поддержка BIM и 3D-моделирования.

• Изготовление стального каркаса и конструкции крыши

• Поставка компонентов из металлоконструкций

• Сварка и изготовление соединений

• Обработка поверхности и защита от коррозии

• Проверка качества

• Экспортная упаковка

• Международная логистическая поддержка

• Установка и техническое руководство

Независимо от того, включает ли ваш проект завод, склад, логистический центр, выставочный зал, стадион, транспортное средство или другое крупнопролетное стальное здание, наша команда может предоставить индивидуальные решения по изготовлению и поставке в соответствии с проектными чертежами и техническими требованиями.

У вас есть проект длиннопролетной стальной конструкции? Отправьте нам свои чертежи, спецификации и требования к проекту для технической оценки и расценок.