1.1 Diseño de rejilla de columnas
Por lo tanto, el espacio y la luz del marco rígido se pueden determinar de manera flexible de acuerdo con los requisitos del proceso. Mediante el análisis y la comparación de una gran cantidad de ejemplos de ingeniería, se demuestra que es más económico y razonable utilizar una luz de marco de 15 m ~ 36 mm y una separación entre marcos de 6 m ~ 9 m. Al calcular los componentes estructurales de edificios industriales con estructura de pórtico bajo la acción de la carga del viento, el coeficiente del modelo portador de carga de viento en el área del borde es generalmente mayor que el del área media para unificar los modelos de correas de techo y correas de pared en. cada espacio entre columnas en el mismo edificio,
1.2 Sistema de soporte
La rigidez lateral de los bastidores de acero de las plantas industriales de estructura de acero ligero de una sola capa es relativamente débil. Para resistir cargas de viento horizontales, cargas de frenado de grúas y terremotos, los soportes transversales del techo se deben instalar en tramos con soportes entre columnas para formar un sistema geométricamente invariable. Lo mejor es instalar soportes entre columnas en el primer tramo al final del tramo. sección de temperatura. El espaciamiento de las columnas debe determinarse en función del espaciamiento de las columnas del edificio, las condiciones de la grúa y las condiciones de instalación. Generalmente, la separación entre columnas de edificios industriales sin grúas no debe exceder los 45 m, y la separación entre columnas de edificios industriales con grúas no debe exceder los 60 m.
1.3 Sistema de estructura
El sistema de mantenimiento de edificios industriales con estructura de acero liviano consta de la capa más externa de placas de acero de color perfiladas y el marco principal interno, columnas a dos aguas resistentes al viento y correas del techo. y muros. Está compuesto por estructuras primarias y secundarias como correas del cuerpo. Las placas de acero de color perfiladas en el techo deben estar dispuestas perpendiculares a las vigas rígidas, mientras que las placas de acero de color perfiladas en las paredes están dispuestas en su mayoría perpendiculares a las columnas rígidas. La distancia entre las correas del techo y las correas de la pared está determinada principalmente por su propia resistencia, estabilidad y rigidez bajo diversas cargas externas, así como por la rigidez fuera del plano de la placa de acero de presión externa. Cuando se utilizan correas de techo dobles como tirantes rígidos entre los soportes del techo, la configuración de las correas del techo debe considerarse junto con la posición de las columnas resistentes al viento a dos aguas, de modo que haya correas en las correspondientes posiciones de las alas superiores del marco rígido. Vigas en la parte superior de cada columna resistente al viento para facilitar la instalación del techo. Correas dobles. El espaciado de las correas de las paredes también se ve afectado por el tamaño de puertas y ventanas. Cuando las puertas y ventanas son demasiado grandes, se deben reforzar las correas de las paredes.
2 Puntos clave en el diseño estructural de estructuras de acero ligeras de pórtico rígido para naves industriales
2.1 Selección de tipos de acero
Aunque existen más de 100 tipos de Acero al carbono producido en mi país. Hay más de 300 tipos de acero aleado, pero debido a los requisitos de las estructuras de acero liviano en cuanto a alta resistencia, suficiente capacidad de deformación y buen rendimiento de procesamiento, solo unos pocos aceros al carbono y aceros aleados son realmente adecuados. para estructuras ligeras de acero. Cuando se utilizan otros materiales de acero no recomendados en las especificaciones de diseño, debe existir una base confiable para garantizar la seguridad de la estructura de acero liviana. Una gran cantidad de experiencia en ingeniería muestra que el acero Q235 en acero ordinario y el acero Q345 en acero aleado son los materiales de acero más adecuados para estructuras de acero livianas. Los principales componentes estructurales con muchos procesos de soldadura, como marcos rígidos, vigas de grúa, etc., deben estar hechos de acero de grado Q235B o acero de grado Q345B. De acuerdo con el precio actual del acero en el mercado, si la luz y el espacio del marco rígido son pequeños, la carga es pequeña y el tonelaje de la grúa es pequeño, el marco rígido y la viga de la grúa deben estar hechos de acero de grado Q235B; de lo contrario, Q345B. Se debe utilizar acero de calidad, correas, soportes y piezas estructurales secundarias, como columnas de viento, que se pueden fabricar con acero de calidad Q235A, con menos procesos de soldadura.
2.2 Columnas portantes
Las columnas portantes de los edificios industriales con estructura de acero ligero son generalmente columnas soldadas en forma de I o columnas laminadas en caliente en forma de H. Los edificios industriales de poca altura sin grúas deben utilizar columnas de sección variable en forma de cuña con bases de columnas pequeñas y tapas de columnas grandes. Las naves industriales con grúas de gran tonelaje deberían utilizar columnas de igual sección. Cuando la altura, luz y carga de viento de grúas de gran tonelaje son similares, se deben utilizar columnas trapezoidales. Debajo de las vigas de hombro o ménsulas, debe haber columnas más grandes en forma de I de sección igual o columnas de celosía, vigas de hombro o vigas. Las columnas superior e inferior están conectadas en un solo cuerpo mediante vigas o soportes. El ala interior de la columna superior debe insertarse directamente en el ala inferior de la viga de hombro o ménsula en forma de ranura y soldarse completamente a ella.
2.3 Vigas de carga
Las vigas de carga de los edificios industriales con estructura de acero ligero son en su mayoría columnas soldadas en forma de I o secciones laminadas en caliente en forma de H. Además de cumplir con los requisitos de resistencia, estabilidad, deflexión, relación ancho-espesor del ala y relación altura-espesor del alma, las dimensiones de la sección transversal también deben cambiarse y segmentarse razonablemente para lograr requisitos de transporte e instalación económicos, razonables y convenientes. Por ejemplo, las vigas con grandes cambios en la distancia de flexión pueden usar secciones transversales variables en forma de cuña, mientras que las vigas con pequeños cambios en la distancia de flexión deben usar secciones transversales constantes.
2.4 Vigas de grúa
Teniendo en cuenta las características de alta resistencia del acero y poca estabilidad de los componentes de acero, las vigas de grúa generalmente se diseñan como secciones en forma de I soldadas uniaxialmente simétricas con alas superiores anchas y gruesas. El reborde inferior es estrecho y delgado. Cuando la luz de la viga de la grúa es grande, la viga de la grúa también se puede diseñar como una viga de vientre de pez con ambos extremos aumentando gradualmente en el medio de la luz. El ala superior de la viga de la grúa debe usar una viga de freno o una armadura de freno. como soporte lateral.
Dado que las vigas de las grúas soportan cargas verticales, horizontales y verticales, se deben utilizar buenas conexiones en el diseño para transferir cargas tridimensionales. Por ejemplo, cuando se utiliza un par de pernos de alta resistencia con un espacio pequeño para conectar la viga de la grúa y el soporte, la transmisión de fuerza es segura y confiable sin cambiar las características de la viga simplemente apoyada.
2.5 Soporte lateral del techo
Generalmente, se puede utilizar acero redondo cruzado con dispositivo tensor para el soporte lateral del techo. El ángulo transversal debe estar en el rango de 30° ~ 60°, preferiblemente. cerca de 45°. Se dispondrán tirantes rígidos entre dos apoyos laterales adyacentes en un mismo vano. Las correas del techo (correas simples o correas dobles) también se pueden usar como tirantes rígidos si pueden cumplir con los requisitos de rigidez y capacidad de carga de los miembros a flexión.
2.6 Soporte de columna
El pórtico es la principal estructura portante de los edificios industriales de acero ligero. Su rigidez lateral es mucho menor que la rigidez en el plano, pero la fuerza horizontal. El soporte no es pequeño, por lo que el tamaño de la sección transversal y el método de conexión del soporte entre columnas deben determinarse mediante cálculo. Si no hay grúa o el tonelaje de la grúa es pequeño y la carga de viento y nieve no es grande, se puede utilizar acero redondo cruzado con dispositivo tensor como soporte entre columnas. De lo contrario, se puede utilizar acero laminado en caliente como el ángulo. Se debe utilizar acero o canal de acero como soporte entre columnas. Si el soporte entre columnas tiene forma de cruz, el ángulo de intersección debe estar en el rango de 35 ~ 55°, preferiblemente cerca de 45°. Cuando la sección transversal de la columna inferior escalonada es grande, generalmente es aconsejable diseñar el soporte entre las columnas en dos piezas y conectar las dos piezas de soporte con una barra de acero de un solo ángulo.
De forma general, los apoyos entre los pilares superiores se pueden diseñar en su conjunto. Cuando la altura de las columnas superior e inferior es relativamente grande en relación con el espacio entre columnas, los soportes entre columnas de las columnas superior e inferior deben disponerse en capas. Al mismo tiempo, se deben colocar tirantes rígidos calculados entre las columnas superiores. y columnas inferiores, y se deberán disponer los ménsulas superiores e inferiores o vigas de arcén. Los tirantes rígidos entre los apoyos entre las jambas podrán sustituirse por vigas de grúa. Las conexiones de los soportes deben soldarse o atornillarse con pernos de alta resistencia. Un gran número de análisis y estudios han demostrado que la causa principal de muchos accidentes en la construcción de estructuras de acero no es la resistencia insuficiente de los componentes, sino la pérdida de la estabilidad general de los componentes. Por lo tanto, el cálculo y construcción de miembros laterales como soportes y tirantes rígidos es un foco del diseño de naves industriales de estructura ligera de acero.
2.7 Correas y columnas resistentes al viento
Cuando la luz y la carga de las correas del techo y de las paredes no son grandes, acero de paredes delgadas conformado en frío en forma de C o Z se utiliza generalmente. El modelo de cálculo mecánico de correas de cubierta es una viga simplemente apoyada o una viga continua sometida a flexión en dos sentidos. Cuando se utilizan correas de tejado al mismo tiempo como tirantes rígidos, también deben tener la rigidez y la capacidad de carga necesarias para doblar los componentes. En caso contrario, se deben utilizar tubos de acero, barras de acero u otros perfiles como tirantes rígidos. Para lograr la belleza general de los edificios de acero liviano, los efectos anticorrosión y anticolisión de las placas de acero de colores perfilados, paredes de ladrillo o paredes de bloques se utilizan principalmente para paredes interiores dentro de un cierto rango de altura sobre el suelo. Las placas de acero de color perfiladas se pueden fijar en la pared. Remate de hormigón armado encima de una pared de ladrillos o bloques. Al mismo tiempo, considerando que la propia placa de acero de color perfilada tiene una gran rigidez en el plano, el modelo de cálculo mecánico de la correa del muro puede considerarse como una viga simplemente apoyada o una viga continua que solo soporta cargas de viento horizontales pero no verticales. carga.
Las correas del techo y de las paredes también deben estar provistas de soportes, tirantes y tirantes de esquina de acuerdo con las especificaciones pertinentes. Se deben usar canales de acero livianos y vigas de acero en I para correas de techo y correas de pared cuando la luz y la carga son grandes. Las correas del techo también pueden usar armaduras hechas de acero en ángulo. Dado que la fuerza vertical sobre la columna resistente al viento es mucho menor que la fuerza horizontal, el modelo de cálculo mecánico se puede simplificar a una viga simplemente apoyada doblada unidireccionalmente, y la columna resistente al viento puede utilizar una sección de acero laminada en caliente en forma de H. .
Estructura de 2,8 nodos
Las vigas y columnas de los edificios industriales de estructura de acero ligero de un solo piso utilizan principalmente vigas en I soldadas o vigas en I laminadas en caliente. En la dirección del eje débil, las conexiones entre columnas de acero y miembros laterales son en su mayoría articuladas, mientras que en la dirección del eje fuerte, las conexiones entre columnas de acero y vigas de acero son en su mayoría rígidas. Cuando no hay grúa o el tonelaje de la grúa es pequeño, los pies de la columna de acero se articulan con la base. Cuando el tonelaje de la grúa es grande, los pies de la columna de acero están conectados rígidamente a la base. Para resolver el problema de la anticorrosión de los pies de las columnas de acero, los pies de las columnas de acero generalmente se envuelven con concreto de piedra fina de baja calidad (el espesor de la capa protectora no debe ser inferior a 50 mm y el concreto envuelto debe ser de 100 mm ~). 150 mm más alto que el piso interior, y el concreto que envuelve los pies de la columna debe ser. Se instala una pequeña cantidad de estribos anulares horizontales y barras verticales verticales para evitar grietas.
3. Cimentación Si las condiciones geológicas del sitio son buenas, la cimentación de edificios industriales de estructura ligera de acero generalmente adopta cimentaciones independientes bajo columnas. Dado que la mayoría de las paredes interiores sobre el suelo o dentro de un cierto rango debajo del alféizar de la ventana son paredes de mampostería, generalmente se usan vigas de cimentación de hormigón armado vaciadas en el lugar debajo de las paredes para soportar las paredes de mampostería, lo que puede proporcionar una resistencia limitada a los desniveles. liquidación de la fundación. Al mismo tiempo, debido a la diferencia de altura entre el interior y el exterior, las vigas de cimentación también desempeñan el papel de retener el suelo.
Si las condiciones geológicas del sitio son malas, pero no hay una carga de grúa de gran tonelaje que actúe sobre las columnas del marco rígido, se puede dar prioridad al uso de métodos apropiados de tratamiento de cimientos para resistir el envejecimiento desigual de los cimientos. Si las condiciones geológicas del sitio son malas, una carga de grúa de gran tonelaje actúa sobre las columnas del marco rígido, y el problema del ascenso de la grúa causado por el asentamiento desigual de los cimientos no puede resolverse mediante métodos de tratamiento de cimientos, reforzados con fundición in situ. Se pueden utilizar cimientos de tiras de hormigón o cimientos de pilotes. Cuando se utilizan cimientos de pilotes, se deben seleccionar tipos de pilotes económicos, razonables, seguros y confiables en función de las condiciones locales reales. Si las condiciones lo permiten, se pueden usar primero pilotes de tubos prefabricados de hormigón armado. Considerando las características de pequeña fuerza axial y gran momento flector de los pies de las columnas de acero en edificios industriales con estructura de acero liviano, generalmente es económico, razonable, seguro y confiable diseñar el espaciamiento de los pilotes en el plano del marco rígido en la parte inferior del encepado para ser más grande.
3. Analizar técnicas de modelado y gráficos de cálculo cuando se utilizan cálculos de software.
Actualmente, el software informático para pórticos ampliamente utilizado en el diseño real incluye el módulo STS de la Academia de Ciencias de la Construcción de China. Se desarrolló el software de la serie PKPM. Por lo tanto, este artículo presenta las técnicas de modelado y análisis de dibujos de cálculo del marco del portal basado en el diseño bidimensional del marco del portal en el módulo STS.
3.1 Establecimiento del modelo
El eje del marco del portal se puede dibujar a través de varias barras de herramientas en la generación de cuadrícula, o se puede ingresar el número de vanos, vanos y pendientes simples y dobles a través de La modularización, la pendiente, la elevación de la parte superior de la columna, la elevación de la ménsula, la pendiente del techo y otra información se pueden modelar y generar rápidamente. Ahorra tiempo, esfuerzo, es rápido y preciso. Cuando se segmenta la viga de acero, los nodos de empalme de los segmentos de la viga deben colocarse en lugares con momentos de flexión más pequeños tanto como sea posible. La longitud y el número de segmentos de la viga deben determinarse en función de factores integrales como las características de la fuerza interna. diagrama sobre la viga del marco rígido, capacidades de procesamiento, transporte y elevación. La relación de cuña de las vigas y columnas de acero en forma de cuña no debe ser demasiado grande. Generalmente, cuando el rango de variación por metro lineal no es superior a 60 mm, la banda puede alcanzar una relación altura-espesor mayor. Partiendo de la premisa de satisfacer la relación altura-espesor del alma y la relación ancho-espesor del ala, diseñar las vigas y columnas en secciones "delgadas y grandes" puede utilizar menos acero para obtener un momento resistente de sección mayor, lo que no sólo puede controlar la deformación estructural, pero también puede obtener una mejor eficiencia económica.
Dado que la deformación y la resistencia de la estructura del pórtico son relativamente sensibles a las cargas, la entrada realista de cargas verticales también es un factor clave para lograr resultados económicos y razonables. La carga muerta vertical sobre la viga de acero es principalmente el peso propio del sistema de mantenimiento del techo. En proyectos reales, los paneles sándwich de materiales aislantes livianos se utilizan principalmente para techos. El espesor de las placas de acero perfiladas con revestimientos anticorrosión coloreados en el interior y el exterior es generalmente inferior a 0,6 mm. El espesor de los materiales aislantes livianos como el poliuretano y. La lana de vidrio generalmente tiene menos de 100 mm, incluso en frío. El peso propio de los sistemas de techado, como correas de acero curvadas de paredes delgadas, soportes de techo horizontales, tirantes diagonales, puntales, tirantes de esquina y tirantes rígidos, generalmente es de solo 0,22 ~ 0,30 kN. /m2. En almacenes con planchas monocapa prensadas y lacadas sin aislamiento, el sistema de tejado tiene un peso menor, generalmente de sólo 0,650 kN por metro cuadrado.
Hay dos tipos principales de cargas variables verticales sobre vigas de acero. Una es la carga de suspensión del equipo sobre la viga de acero y la otra es la carga de recolección de polvo y la carga de nieve en el techo. La carga de suspensión del equipo se ingresa a la viga de acero de acuerdo con la situación real. En cuanto a la carga de recolección de polvo, su impacto en la estructura solo se considera cuando se diseñan edificios industriales con una fuerte contaminación por polvo, como la producción de cemento y la fundición de metales, o áreas con frecuentes tormentas de arena. Además, la carga variable en el techo de la mayoría de los edificios industriales con estructura de acero liviano solo puede considerar el impacto de la carga de nieve en la estructura. Cuando el área de proyección de carga horizontal de un solo marco rígido es superior a 60 metros cuadrados, no es necesario seleccionar la carga variable de acuerdo con el "Código de diseño de carga de construcción". El valor de carga variable razonable debe ser, cuando la carga de nieve es superior a 0,30 kN/m2, la carga variable se puede seleccionar en función de la carga de nieve real, cuando la carga de nieve es inferior a 0,30 kN/m2. La carga variable se puede tomar como 0,30 KN por metro cuadrado. Cuando el área de proyección de carga horizontal de un solo marco no supera los 60 metros cuadrados, debe ser de 0,50 KN por metro cuadrado según el "Código de diseño de carga del edificio". .
Al ingresar la carga de viento, es necesario determinar correctamente la categoría de rugosidad del terreno. Si la carga del viento se organiza e ingresa automáticamente, debe tenerse en cuenta que para el marco rígido construido sobre el eje autorroscante, es necesario verificar si la elevación del pie de la columna es ±0,000 al ingresar la carga de la grúa, la reacción de; Se debe ingresar con precisión la presión máxima de la rueda de la grúa sobre el soporte de la columna, la fuerza de reacción de la presión mínima de la rueda de la grúa sobre el soporte de la columna, la fuerza horizontal de la carga lateral de la grúa sobre las columnas en ambos lados y la influencia de la fuerza. el propio peso de la viga de la grúa sobre la carga vertical adicional y el momento flector adicional generado por el marco rígido.
La longitud calculada de las barras de acero es el factor principal que afecta los resultados estables del cálculo.
La longitud calculada fuera del plano de las vigas y columnas del marco rígido generalmente se toma como la distancia entre los puntos de soporte laterales. Los tirantes rígidos largos entre los tirantes del ángulo del techo y las columnas que cumplen con los requisitos de cálculo y construcción se pueden usar como soportes laterales para el marco rígido. vigas y columnas respectivamente. Al mismo tiempo, la distancia entre los tirantes angulares y los tirantes rígidos en los planos de construcción no debe ser mayor que la longitud calculada fuera del plano de las vigas y columnas del marco rígido en el modelo. A menos que no se disponga de grúa o la grúa sea de pequeño tonelaje y existan pocas columnas batientes, no es aconsejable instalar un gran número de uniones articuladas.
La entrada de los parámetros de cálculo es principalmente la selección razonable del tipo estructural y las especificaciones de diseño. Para estructuras de pórtico con una altura no superior a 12 m y un tonelaje de grúa no superior a 20 t, se puede utilizar una estructura de acero de casa ligera con pórtico, calculada de acuerdo con el "Reglamento Técnico para Estructuras de Acero de Casas Ligeras con Pórtico". Según una gran cantidad de prácticas de ingeniería, la estructura de acero del faro de pórtico también puede ser una estructura de pórtico con una altura de 12 ~ 15 m y un tonelaje de grúa de 20 ~ 32 t, calculado de acuerdo con el "Reglamento Técnico para el Estructura de acero de la casa liviana con estructura de portal", verificada según el "Código de diseño de estructuras de acero". Las vigas del pórtico deben someterse a compresión y flexión para comprobar la estabilidad general en el plano, y se debe considerar la influencia de una disposición desfavorable en la estructura de la carga viva.
3.2 Análisis de gráficos y texto de cálculo
El análisis de los resultados de los cálculos es la base principal para la corrección de errores del modelo y el diseño de optimización. Los diseñadores deben comparar y analizar cuidadosamente los gráficos y el texto calculados. La corrección de errores del modelo determina principalmente la exactitud del modelo analizando y calculando si hay alguna anomalía en las imágenes y el texto. Por ejemplo, si encuentra que no hay un gran cambio repentino en el diagrama de envolvente de fuerza axial en la posición del soporte de la columna de acero, es probable que la carga de la grúa falte en el modelo, aunque solo sea la tensión fuera del plano; La relación de tensión en el diagrama de relación de tensión excede con creces el estándar, primero debe verificar la relación de tensión fuera del plano en el modelo. ¿Es correcta la longitud calculada del control de la relación altura-espesor del alma de los miembros de sección variable? el cálculo de la información de límite es mucho más estricto que los requisitos del "Reglamento Técnico para Estructuras de Acero de Casas Ligeras con Estructura de Portal". Esto probablemente se deba a que la relación de cuña de los miembros de sección variable es demasiado grande.
El diseño óptimo ajusta principalmente las dimensiones de la sección transversal de vigas y columnas de marco rígido basándose en diagramas de relación de tensiones, diagramas de deflexión y diagramas de desplazamiento para obtener los mejores resultados económicos. Cuando la capacidad de flexión excede el límite, ajustar la altura de la sección es mucho más efectivo que aumentar el espesor del ala y del alma. Cuando la tensión estable fuera del plano excede el límite, ajustar el ancho del ala es mucho más efectivo que aumentar el espesor del ala. Los marcos rígidos que no estén sujetos a control de resistencia deben estar fabricados de acero al carbono de baja resistencia.
El marco rígido, que está controlado principalmente por la resistencia, debe estar hecho de acero aleado de alta resistencia. Cuando la relación ancho-espesor del ala y la relación altura-espesor del alma exceden los límites, es más efectivo usar acero de baja resistencia que acero de alta resistencia. Diseñar los pies de columna y los nodos viga-columna del marco rígido como nodos rígidos puede reducir la deformación del marco rígido mejor que diseñarlos como nodos articulados. Para pórticos rígidos de gran luz superior a 30 m, la deflexión de las vigas de acero debe controlarse estrictamente por encima de los requisitos de las normas sobre acero ligero. La esencia del diseño de optimización del marco rígido es hacer que todos los indicadores de cálculo se acerquen a los valores de control estipulados en las especificaciones relevantes al mismo tiempo sobre la base de los resultados de las pruebas, bajo la premisa de que el modelo es consistente con el proyecto real, sin carga. Se omite la entrada y los parámetros de cálculo se seleccionan razonablemente, dejando algún proceso con márgenes de seguridad adecuados.
La historia del desarrollo de la ingeniería del acero ligero durante más de diez años muestra que su diseño puede parecer simple, pero de hecho, los diseñadores integran orgánicamente una gran cantidad de nuevos procesos, nuevos materiales, nuevas tecnologías y otros sistemas de ingeniería. Y sus ideas de diseño son más complejas y se ven fácilmente afectadas por los cambios del mercado, la innovación tecnológica, las diferencias en el nivel de construcción y las diferencias en el entorno natural. Por lo tanto, un buen diseño debe basarse en la realidad, adaptarse a las condiciones locales, mantenerse al tanto de las tendencias de la industria y no debe divorciarse de la práctica.
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