Требования к проектированию, структурные стандарты и инженерные соображения

Легкие стальные портальные каркасные здания широко используются в промышленных цехах, складах, логистических центрах, сельскохозяйственных зданиях и коммерческих объектах благодаря своей легкой конструкции, быстрому монтажу, экономической эффективности и отличным сейсмическим характеристикам.

Типичное стальное здание с портальным каркасом состоит из основных конструктивных компонентов, включая конические стальные колонны, конические стропила, стальные балки, системы связей, прогоны, стеновые балки и системы металлической обшивки. Правильное проектирование конструкции имеет важное значение для обеспечения безопасности, долговечности и долговременной эксплуатации.

1. Конструктивные формы и требования к размерам.

В зданиях с легким стальным портальным каркасом обычно используются:

• Одноэтажные конструкции

• Однопролетная или многопролетная планировка.

• Двухскатные, односкатные или многоскатные конструкции крыш.

Обычный уклон крыши составляет менее 10°, а в кровельных системах обычно используются профилированные стальные листы или изолированные металлические панели.

Типичные параметры конструкции

Пролет здания:

• Общий диапазон пролетов: 9–36 м.

• Большепролетные конструкции могут достигать примерно 72 м в зависимости от требований проекта.

Высота здания:

• Обычно ≤12 м

• Максимальная рекомендуемая высота: 18 м.

Расстояние между столбцами:
Обычное расстояние между столбцами:

• 6м

• 7,5 м

• 9м

Типичные размеры рамы портала

Однопролетные портальные рамы

• Глубина бедра возле колонны: примерно L/30.

• Длина бедра: 15–25% длины размаха.

• Глубина стропил среднего пролета: примерно L/50–L/60.

• Отношение глубины к ширине сети обычно контролируется в разумных пределах.

Многопролетные портальные рамы

• Глубина промежуточной колонны: примерно L/25.

• Длина бедра: примерно L/45–L/55.

Для эффективности транспортировки максимальная длина отдельных стальных элементов обычно ограничивается 12 м.

2. Область применения легких стальных портальных рамных конструкций.

Легкие стальные портальные здания в основном подходят для:

Применение кранов

Применимо для:

• Краны мостовые легкой и средней грузоподъемности (класс А1–А5)

• Мостовые краны грузоподъемностью до 20 тонн.

• Подвесные краны ≤3 тонны

При наличии специальных инженерных мер можно рассмотреть возможность использования кранов грузоподъемностью до 5 тонн.

Экологические ограничения

Каркасные конструкции портала обычно не рекомендуются для сред с:

• Сильные коррозионные химические среды

• Условия сильной промышленной коррозии

Для многоэтажных стальных зданий, в которых на верхнем этаже используются портальные рамные конструкции, общий структурный анализ и сейсмическое проектирование должны выполняться в соответствии с соответствующими стандартами.

3. Требования к сейсмическому проектированию

Благодаря легкому весу и малоэтажной конструкции здания из стали с портальным каркасом обычно демонстрируют хорошие сейсмические характеристики.

Однако при сейсмическом проектировании следует учитывать:

• Соотношение пролета и высоты здания

• Крановые нагрузки

• Региональная сейсмическая интенсивность

• Требования к жесткости конструкции

Ключевые принципы сейсмического проектирования

• Поперечные и продольные рамы следует анализировать отдельно.

• Для сейсмических расчетов обычно рекомендуется метод донной поперечной силы.

• Структурный коэффициент демпфирования обычно считается равным 0,05.

• Большепролетные конструкции должны учитывать вертикальные сейсмические воздействия.

Если проектирование контролируется сейсмическими воздействиями, следует принять дополнительные меры:

• Повысьте надежность соединения

• По возможности используйте болтовые соединения.

• Усиление опорных участков возле стыков стропил и колонн.

• Улучшите соединения раскосов колонны

• Убедитесь, что анкерные болты соответствуют требованиям к растяжению и сдвигу.

4. Требования к стальным материалам

В качестве основных несущих компонентов обычно следует использовать:

• Сталь Q235B или сталь более высокого качества.

• Сталь Q345B или сталь более высокого качества.

Второстепенные элементы, подвергающиеся статическим нагрузкам, могут использовать сталь Q345A, если это разрешено.

Для конструктивных связей:

• Высокопрочные болты должны преимущественно иметь соединения фрикционного типа.

• Высокопрочные болты подшипникового типа редко рекомендуются для портальных рамных конструкций.

5. Требования к динамической нагрузке на крышу

Стандартное значение динамической нагрузки на крышу было скорректировано:

• Стандартная временная нагрузка на крышу: 0,5 кН/м⊃2;

• Для площадей нагрузки более 60 м⊃2;: 0,3 кН/м⊃2; может быть принят

Различные значения нагрузки учитываются в зависимости от площади крыши и конструктивных требований.

6. Учет ветровой нагрузки

Ветровая нагрузка является критическим фактором для зданий из легких стальных конструкций.

Дизайн должен учитывать:

• Высота здания

• Состояние ограждения здания

• Распределение давления ветра

• Эффект всасывания крыши и стен

При расчете ветровой нагрузки следует различать:

• Полностью закрытые здания

• Частично закрытые здания

• Открытые здания

Для прогонов и систем облицовки особое внимание следует уделять эффекту местного всасывания ветра, особенно в углах и краях.

7. Требования к жесткости конструкции

Требования по контролю деформации включают в себя:

Смещение верха колонны

Типичные ограничения:

• Здания без кранов с использованием легких стеновых панелей:

• Примерно H/60

• Здания с мостовыми кранами:

• Требуется более строгий контроль смещения

Прогиб стропил

Для однопролетных портальных рам:

• Прогиб стропил должен соответствовать требованиям эксплуатационной надежности конструкции.

• В зданиях с пролетами более 30 м следует учитывать конструктивный изгиб.

Изменения уклона кровли, вызванные деформацией, не должны превышать одной трети проектного уклона кровли.

8. Требования к системе крепления

Система распорок обеспечивает общую устойчивость и продольную жесткость.

Общие требования

Круглая стальная распорка

Применимо только для зданий без кранов.

Требования:

• Диаметр следует определять расчетным путем.

• Минимальный диаметр не должен быть меньше 10 мм.

• Требуется правильное усиление соединения.

Здания с кранами

• Краны ≥5 тонн:

• Используйте системы креплений из стальных профилей.

• Краны >15 тонн:

• Обеспечить продольное крепление крыши.

• Улучшите боковую жесткость кран-балки.

Расстояние между распорками колонн обычно контролируется в пределах:

30–45 м

и должны совпадать с положениями поперечных распорок крыши.

9. Проектирование элементов каркаса портала

Основные принципы проектирования:

• Принят метод эластичного проектирования.

• Пластиковая конструкция вообще не рассматривается.

• Гибкость стенки и соотношение ширины и толщины фланца должны соответствовать конструктивным ограничениям.

• Элементы переменного сечения обычно используются для оптимизации веса.

Важные соображения по дизайну:

• Плоская устойчивость колонн

• Внеплоскостная устойчивость

• Эффективная ширина полотна

• Прочность на сдвиг после выпучивания

• Влияние шарнирных или жестких колонных фундаментов

Для зданий без кранов:

• Основания колонн, как правило, шарнирные.

Для зданий с мостовыми кранами:

• Обычно используются жесткие основания колонн.

10. Требования к проектированию прогонов

Распространенные типы прогонов:

• Холодногнутые С-образные прогоны

• Холодногнутые Z-образные прогоны

• Сварные двутавровые прогоны

Прогоны должны учитывать:

• Гравитационные нагрузки

• Силы всасывания ветра

• Взаимодействие с панелью крыши

• Условия бокового сдерживания

Непрерывные системы Z-образных прогонов могут повысить эффективность конструкции за счет перекрывающихся соединений.

11. Конструкция провисающего стержня и коленного бандажа

Коленные фиксаторы являются важными компонентами стабильности, используемыми для:

• Уменьшите длину поперечного изгиба компрессионных фланцев.

• Улучшение стабильности рамы портала

Требования к установке:

• В основном расположены в зонах сжатых фланцев.

• Требуется возле соединений стропил и колонн.

• Расстояние должно удовлетворять требованиям устойчивости.

Если коленные фиксаторы невозможно установить, следует предусмотреть альтернативные меры по усилению.

12. Анкерный болт и конструкция основания колонны

При проектировании основания колонны следует учитывать:

• Подъемные силы

• Горизонтальные поперечные силы

• Скрепляющие силы

Общие требования:

• Анкерные болты не должны быть единственным компонентом, противостоящим горизонтальному сдвигу.

• При больших горизонтальных нагрузках могут потребоваться срезные ключи.

• Опорные плиты должны обеспечивать надежную передачу нагрузки.

13. Конструкция болтового соединения торцевой пластины

Высокопрочные болтовые соединения торцевых пластин получили широкое распространение благодаря:

• Быстрая установка

• Надежная работа

• Легкая транспортировка

Рекомендации по проектированию:

• Необходимо использовать высокопрочные болты.

• Толщина торцевой пластины должна быть рассчитана и обычно не менее 16 мм.

• Требования к качеству сварки должны строго контролироваться.

14. Требования к установке

Во время строительства:

Установка стального каркаса

• Своевременно устанавливайте брекет-системы.

• Соблюдайте правильную последовательность эрекции.

• При необходимости обеспечьте временную поддержку.

• Используйте ветровые тросы для временной устойчивости.

Установка колонного фундамента

• Установите регулировочные гайки под анкерные болты.

• Выполните регулировку выравнивания перед вторичной заливкой цемента.

• Обеспечьте отверстия для заливки швов в опорных плитах.

Монтаж металлической облицовки

Требования:

• Используйте надежные уплотнительные материалы.

• Рекомендуемый герметик: бутилкаучуковая лента.

• Максимальное расстояние между креплениями между панелями и второстепенными конструкциями обычно не должно превышать 300 мм.

• Усильте крепление по краям и углам крыши из-за более сильного ветровсасывания.

Заключение

Легкие стальные портальные здания представляют собой эффективное решение для современного промышленного строительства. Благодаря оптимизированному конструктивному проектированию, надежным системам соединений, правильному выбору материалов и строгому контролю за монтажом стальные конструкции с портальной рамой могут достичь превосходных показателей с точки зрения безопасности, долговечности, скорости строительства и экономической эффективности.

ZSJH Steel Group предоставляет индивидуальные решения для стальных зданий с портальной рамой, включая структурное проектирование, изготовление стали, контроль качества и услуги по доставке по всему миру для промышленных складов, мастерских, логистических центров и коммерческих стальных зданий.