Devět klíčových bodů pro navrhování a výstavbu továrních budov s ocelovou konstrukcí

Ocelové konstrukce tovární budovybyly široce uznávány ve stavebním inženýrství, protože se rychle staví, mají nízkou vlastní hmotnost, mají dobrý seismický výkon a jsou šetrné k životnímu prostředí. Při navrhování průmyslových objektů postupně nahradily těžší železobetonovou konstrukci.

Ocelové konstrukce se v Číně dlouho nepoužívají a jejich detailní návrh a konstrukční techniky se teprve vyvíjejí. Přestože průmyslové budovy ocelové konstrukce nabízejí mnoho výhod, ocel jako materiál má také své nevýhody – například špatnou požární odolnost a sklon ke korozi. Tyto faktory je třeba vzít v úvahu jak ve fázi návrhu, tak ve fázi výstavby.

I. Hlavní výhody ocelových konstrukcí továrních budov

Jak je uvedeno v souhrnu, hlavní výhody zocelové konstrukce průmyslových budovjsou následující. Za prvé, pokud jde o rychlost výstavby: ocelové součásti lze hromadně vyrábět v továrně; stavba je jednoduchá a montáž rychlá, což výrazně zkracuje dobu výstavby. Za druhé, pokud jde o vlastní hmotnost: konstrukční hmotnost budovy může být snížena asi o 30 %; to je zvláště ekonomické na místech s nízkou únosností základů nebo vysokou intenzitou seismického opevnění, kde je celková hospodárnost lepší než u železobetonových konstrukčních systémů. A konečně, pokud jde o ochranu životního prostředí: ocelové konstrukce patří do rodiny ekologických systémů zelených budov; ocel sama o sobě je vysoce pevný, vysoce účinný materiál s vysokou recyklační hodnotou a při stavbě nevyžaduje bednění.

II. Význam výkresového designu

Výkresy jsou základem konstrukce v každém projektu. Během fáze návrhu průmyslové budovy s ocelovou konstrukcí by měli být profesionální technici stavební jednotky organizováni tak, aby provedli společnou kontrolu výkresu, zkontrolovali výkresy na „chyby, opomenutí, kolize a nedostatky“, aby byly problémy vyřešeny před zahájením výstavby a dopad problémů s výkresy na kvalitu a harmonogram byl omezen na minimum. Pro projekt ocelové konstrukce by měly být připraveny samostatné návrhy organizace výstavby pro fázi výroby a fázi montáže; dokument výrobního procesu by měl zahrnovat normy kvality a technické požadavky každého procesu a podpoložky ve fázi výroby, jakož i konkrétní opatření přijatá k zajištění kvality produktu.

III. Zásady návrhu výztužného systému

Pro zajištění prostorového chování budovy, zlepšení její celkové tuhosti, odolnost a přenos podélných horizontálních sil, zabránění nadměrné deformaci prvků, zamezení vybočení tlačných prvků a zaručení celkové stability konstrukce by měl být uspořádán spolehlivý systém ztužení podle konstrukční formy budovy, uspořádání jeřábu, vibračního zařízení, rozpětí a výšky dílny a délky jednotlivých teplotních zón. Každá teplotní zóna by měla být opatřena stabilním mezisloupovým ztužením, uspořádaným v koordinaci s bočním vodorovným ztužením střechy. Poloha spodního ztužení sloupu je klíčovým faktorem, který určuje směr podélné deformace a ovlivňuje velikost tepelného napětí; výztuha spodního sloupu by měla být umístěna co nejblíže středu teplotní zóny, aby se podélné prvky, jako jsou jeřábové nosníky, mohly při změně teploty volně roztahovat a smršťovat směrem k oběma koncům. Když je teplotní zóna krátká, je obvykle uprostřed umístěna jediná sada výztuh spodního sloupu. Pokud je však teplotní zóna delší než 150 m, měly by být v zóně instalovány dvě sady ztužení spodního sloupu, aby byla zajištěna podélná tuhost; měly by být umístěny pokud možno ve střední třetině teplotní zóny a vzdálenost mezi středy mezi dvěma sadami by neměla přesáhnout 72 m, aby se zabránilo nadměrnému tepelnému namáhání.

IV. Klíčové body pro seismický návrh

Při provádění seismického návrhu průmyslové budovy ocelové konstrukce je třeba vzít v úvahu následující body. Za prvé, pokud jde o celkové uspořádání, hmota a tuhost konstrukce by měly být rovnoměrně rozloženy, aby byla budova rovnoměrně zatížena a deformována koordinovaným způsobem; je třeba se vyvarovat nerovnoměrné tuhosti, protože má nepříznivý vliv na seismický výkon. Pro příčnou konstrukci by měl být použit tuhý rám nebo rám, ve kterém je střešní vazník pevně spojen se sloupky, aby se plně využila nosnost oceli a snížila se příčná deformace. Za druhé, budovy s ocelovou konstrukcí obvykle selhávají ne proto, že by pevnost prvků byla nedostatečná, ale protože se prvky vyboulily; proto je důležitý především přehledný systém ztužení, který zaručí celkovou stabilitu budovy. A konečně, při působení zemětřesení dochází k nízkocyklové únavě a její vliv na budovu je třeba vzít v úvahu při návrhu. Návrh konstrukčních spojů by měl zajistit, že nedojde k porušení spoje před povolením celého průřezu konstrukčních prvků; členům by mělo být umožněno vstoupit do plastové fáze, aby mohly plně absorbovat seismickou energii a rozvinout svou seismickou kapacitu.

V. Význam návrhu tepelné a požární odolnosti

Ocelová konstrukce průmyslových budovmají špatnou požární odolnost. Když se ocel zahřeje nad 100 °C, její pevnost v tahu klesá a její plasticita se zvyšuje s rostoucí teplotou. Kolem 250 °C se pevnost v tahu oceli mírně zvyšuje, zatímco její plasticita klesá – jev známý jako modrá křehkost. Nad 250 °C ocel začíná tekat. Při asi 500 °C pevnost oceli klesá tak nízko, že se ocelová konstrukce může zhroutit. Proto vždy, když povrchová teplota ocelové konstrukce překročí 150 °C, je třeba zajistit provedení tepelné izolace a protipožární ochrany (zpravidla se dosahuje aplikací žáruvzdorných, protipožárních nátěrů).

Při stavběocelové konstrukce průmyslových budovvyvstává mnoho praktických problémů; zde analyzujeme pouze ty nejvýznamnější.

VI. Zapuštění kotevních šroubů během výstavby

Dá se říci, že to, zda jsou kotevní šrouby pevně instalovány, je zásadní pro stabilitu ocelové konstrukce průmyslové budovy. Přesnost kotevních šroubů přímo ovlivňuje umístění ocelové konstrukce. Kotevní šrouby musí být zapuštěny s přísnou přesností: odchylka osy ±2,0 mm a převýšení ±5,0 mm. Před instalací kotevních šroubů sloupu promítněte každou osu horizontální řídicí sítě na horní plochu základu sloupu a uzavřete smyčku, aby byla zaručena přesnost montáže šroubů; pak označte vnější hrany sloupků podle os. Jakmile je vztyčen nosný rám (podpěra) pro kotevní šrouby sloupu, přeneste požadovanou výšku na rám z ocelových trubek. 

VII. Bezpečnostní opatření při zvedání

Hlavní opatření jsou následující. Nejprve označte příčné osy na základní desce patky sloupu a osy kotevních šroubů a vyčistěte střižné otvory v základně sloupu; poté, co je ocelový sloup na svém místě, upravte jeho výšku a utáhněte matice. Za druhé, po postavení ocelových sloupů v jedné oblasti nainstalujte táhla (spojovací prvky), abyste zajistili celkovou stabilitu sloupů a zabránili jejich deformaci při zvedání ocelových nosníků. Nakonec zvedněte ocelové nosníky: spojte páry nosníků ve vzduchu a proveďte počáteční utažení vysokopevnostních šroubů; první nosník by měl být zajištěn čtyřmi kotevními dráty, aby se zabránilo jeho naklonění na jednu stranu.

VIII. Potíže s instalací systému jeřábového nosníku

Během výstavby musí být jeřábové nosníky instalovány výhradně ze sloupového vyztuženého prostoru v souladu se specifikacemi. Jakmile je mezisloupové ztužení instalováno a připojeno, tvoří relativně stabilní jednotku prostorové tuhosti; instalace z tohoto zálivu je bezpečnější a také zajišťuje, že vztyčení nosníků jeřábu neovlivní svislost sloupů. Během instalace by měly být podložky umístěny pod nosníky jeřábu s velkými odchylkami v koncové části; tyto podložky musí být přivařeny na místo po seřízení jeřábového nosníku a nosníky by měly být přesně vyrovnány proti předem nastaveným polohovacím liniím. Brzdový systém by měl být formálně připojen až po seřízení a upevnění nosníků jeřábu. Když je brzdový kotouč spojen s nosníkem jeřábu vysokopevnostními šrouby a s pomocným nosníkem svařováním, záleží na pořadí: nejprve připojte brzdový talíř k nosníku jeřábu pomocí vysokopevnostních šroubů a proveďte počáteční utažení; poté upravte pomocnou výztuhu, přivařte ji k brzdové desce a proveďte konečné utažení vysokopevnostních šroubů; nakonec přivařte brzdový kotouč k pomocnému nosníku. Jak utahování vysokopevnostních šroubů, tak svařování brzdové desky by mělo probíhat od středu každé desky směrem k oběma okrajům, aby se snížilo vnitřní pnutí v desce.

IX. Stohování ocelových součástí

Aby se montáž usnadnila, měly by být ocelové součásti po dodání na místo naskládány rozumným způsobem. Principy jsou: komponenty, které jsou naléhavě potřebné pro montáž, by měly být naskládány přímo na místě podle pořadí zdvihání – ty, které mají být zvednuty, jdou nejprve nahoru a ty, které mají být zvednuty později, jdou níže; komponenty, které nejsou naléhavě potřeba, by měly být dočasně uskladněny mimo pracoviště. Při stohování udržujte sloupy a nosníky oddělené a naskládejte je podle osy. Sklad by měl být řízen určeným personálem; komponenty by měly být započítány do požadavků na dodávku a dodacího listu a záznamy by měly být archivovány. Prvky H-profilu musí být skladovány svisle, nikdy ne naplocho. Každá součást musí být podepřena alespoň ve dvou bodech; podpěrné body by měly být umístěny asi v jedné sedmině rozpětí od konců prvků. Při stohování ve vrstvách nejsou povoleny více než tři vrstvy; dřevěné bloky musí být správně umístěny mezi vrstvami, aby byly vodorovné, a podpěrné body musí být zarovnány svisle.