Nove puntos clave para o deseño e construción de edificios de fábricas de estruturas de aceiro

Edificios da fábrica de estruturas de aceiroforon amplamente recoñecidos na enxeñería da construción porque son rápidos de construír, son lixeiros, teñen un bo rendemento sísmico e son respectuosos co medio ambiente. No deseño de naves industriais, foron substituíndo gradualmente a estrutura de formigón armado máis pesada.

As estruturas de aceiro non se usan en China desde hai moito tempo e aínda se están a desenvolver as súas técnicas de deseño e construción detalladas. Aínda que os edificios industriais con estrutura de aceiro ofrecen moitas vantaxes, o aceiro como material tamén ten inconvenientes, por exemplo, unha escasa resistencia ao lume e unha tendencia á corrosión. Estes factores deben terse en conta tanto durante a fase de deseño como de construción.

I. As principais vantaxes dos edificios de fábricas de estruturas de aceiro

Como se menciona no resumo, as principais vantaxes deedificios industriais de estrutura de aceiroson as seguintes. En primeiro lugar, en termos de velocidade de construción: os compoñentes de aceiro pódense producir en masa nunha fábrica; a construción é sinxela e a montaxe é rápida, o que acurta moito o período de construción. En segundo lugar, en termos de peso propio: o peso estrutural do edificio pódese reducir preto dun 30%; isto é especialmente económico en sitios con pouca capacidade de carga da cimentación ou alta intensidade de fortificación sísmica, onde a economía global é mellor que a dos sistemas estruturais de formigón armado. Finalmente, en termos de protección ambiental: as estruturas de aceiro pertencen á familia de sistemas de construción ecolóxicos; o propio aceiro é un material de alta resistencia e alta eficiencia con alto valor de reciclaxe e non require encofrado durante a construción.

II. A importancia do deseño de debuxos

Os debuxos son a base da construción en calquera proxecto. Durante a fase de deseño dunha nave industrial con estrutura de aceiro, os técnicos profesionais da unidade de construción deberían organizarse para realizar unha revisión conxunta de debuxos, comprobando os debuxos en busca de "erros, omisións, colisións e deficiencias" para que os problemas se resolvan antes de comezar a construción e o impacto dos problemas de deseño na calidade e no calendario sexa reducido ao mínimo. Para un proxecto de estrutura de aceiro, deben prepararse deseños separados de organización de construción para a fase de fabricación e a fase de erección; O documento do proceso de fabricación debe cubrir os estándares de calidade e os requisitos técnicos de cada proceso e subelemento na fase de fabricación, así como as medidas específicas adoptadas para garantir a calidade do produto.

III. Principios de deseño para o sistema de arriostramento

Para garantir o comportamento espacial do edificio, mellorar a súa rixidez xeral, resistir e transmitir forzas horizontais lonxitudinais, evitar a deformación excesiva dos membros, evitar o pandeo dos membros de compresión e garantir a estabilidade global da estrutura, un sistema de arriostramento fiable debe estar disposto segundo a forma estrutural do edificio, a disposición do guindastre, os equipos de vibración, a extensión e altura do taller e a lonxitude de cada zona de temperatura. Cada zona de temperatura debe estar provista dun sistema de arriostramento estable entre columnas, disposto en coordinación co arriostramento horizontal lateral do tellado. A posición do arriostramento da columna inferior é un factor clave que determina a dirección da deformación lonxitudinal e afecta a cantidade de tensión térmica; o arriostramento da columna inferior debe colocarse o máis preto posible do medio da zona de temperatura, de xeito que os elementos lonxitudinais, como as vigas de guindastre, poidan expandirse e contraerse libremente cara ámbolos dous extremos a medida que cambie a temperatura. Cando a zona de temperatura é curta, un só conxunto de arriostramentos de columna inferior adoita colocarse no medio. Non obstante, cando a zona de temperatura supere os 150 m, deberían instalarse dous xogos de arriostramentos de columna inferior dentro da zona para garantir a rixidez lonxitudinal; deben situarse dentro do terzo medio da zona de temperatura na medida do posible, e a distancia de centro a centro entre os dous conxuntos non debe superar os 72 m, para evitar un estrés térmico excesivo.

IV. Puntos clave para o deseño sísmico

Ao realizar o deseño sísmico dunha nave industrial con estrutura de aceiro, hai que ter en conta os seguintes puntos. En primeiro lugar, en termos de disposición xeral, a masa e a rixidez da estrutura deben distribuírse uniformemente para que o edificio cargue uniformemente e se deforme de forma coordinada; debe evitarse a rixidez irregular, xa que ten un efecto desfavorable sobre o rendemento sísmico. Para a estrutura transversal, débese adoptar un marco ríxido ou un marco no que a cercha do tellado está ríxidamente conectada ás columnas, para aproveitar ao máximo o rendemento de carga do aceiro e reducir a deformación transversal. En segundo lugar, os edificios con estrutura de aceiro adoitan fallar non porque a resistencia dos membros sexa insuficiente, senón porque os membros se abrochan; polo tanto, é especialmente importante un sistema de arriostramentos ben disposto que garanta a estabilidade global do edificio. Finalmente, baixo a acción do terremoto, prodúcese unha fatiga de ciclo baixo, e o seu efecto sobre o edificio debe ser considerado no deseño. O deseño das conexións estruturais debe garantir que non se produza a falla das unións antes da cedemento da sección completa dos elementos estruturais; débese permitir que os membros entren na fase plástica para que poidan absorber completamente a enerxía sísmica e desenvolver a súa capacidade sísmica.

V. A importancia do deseño de resistencia á calor e ao lume

Edificios industriais de estrutura metálicateñen escasa resistencia ao lume. Cando o aceiro se quenta a máis de 100 °C, a súa resistencia á tracción diminúe e a súa plasticidade aumenta a medida que aumenta a temperatura. Ao redor dos 250 °C, a resistencia á tracción do aceiro aumenta lixeiramente mentres diminúe a súa plasticidade, un fenómeno coñecido como fraxilidade azul. Por riba dos 250 °C, o aceiro comeza a arrastrarse. A uns 500 °C, a resistencia do aceiro cae tan baixo que a estrutura de aceiro pode colapsar. Polo tanto, sempre que a temperatura superficial dunha estrutura de aceiro supere os 150 °C, débese proporcionar un deseño de illamento térmico e protección contra incendios (normalmente conséguese aplicando revestimentos resistentes á calor e protectores contra o lume).

Na construción deedificios industriais de estrutura de aceiro, xorden moitos problemas prácticos; aquí só analizamos os máis destacados.

VI. Incorporación de parafusos de ancoraxe durante a construción

Pódese dicir que se os parafusos de ancoraxe están firmemente instalados é fundamental para a estabilidade dun edificio industrial de estrutura de aceiro. A precisión dos parafusos de ancoraxe afecta directamente ao posicionamento da estrutura de aceiro. Os parafusos de ancoraxe deben incrustarse con estrita precisión: desviación do eixe ± 2,0 mm e elevación ± 5,0 mm. Antes de instalar os parafusos de ancoraxe da columna, proxecte todos os eixes da rede de control horizontal na superficie superior da cimentación da columna e pecha o lazo, para garantir a precisión da instalación dos parafusos; logo marca os bordos exteriores das columnas segundo os eixes. Unha vez que se ergue o marco de apoio (apuntamento) para os parafusos de ancoraxe da columna, transfira a elevación necesaria ao marco de tubos de aceiro. 

VII. Precaucións durante o izado

As principais precaucións son as seguintes. En primeiro lugar, marca as liñas centrais cruzadas na placa base do pé da columna e as liñas centrais dos parafusos de ancoraxe e limpa os orificios de corte na base da columna; despois de que a columna de aceiro estea en posición, axuste a súa elevación e aperte as porcas. En segundo lugar, despois de que se erguen as columnas de aceiro nunha zona, instale os tirantes (membros de conexión), para garantir a estabilidade xeral das columnas e evitar que se deformen cando se izaran as vigas de aceiro. Finalmente, izar as vigas de aceiro: conectar pares de vigas no aire e realizar o aperte inicial dos parafusos de alta resistencia; a primeira viga debe estar asegurada con catro cables tensores para evitar que se incline cara un lado.

VIII. Dificultades na instalación do sistema de vigas de guindastre

Durante a construción, as vigas do guindastre deben instalarse estrictamente desde a bahía arriostrada de columnas, de acordo coas especificacións. Unha vez instalado e conectado o arriostramento entre columnas, forma unha unidade de rixidez espacial relativamente estable; a instalación desde esta bahía é máis segura e tamén garante que a montaxe das vigas do guindastre non afecte á verticalidade das columnas. Durante a instalación, as placas de compensación deben colocarse baixo vigas de guindastre con grandes desviacións de sección final; estas cuñas deben soldarse no seu lugar despois de axustar o sistema de vigas do guindastre, e as vigas deben estar aliñadas con precisión contra as liñas de posicionamento predefinidas. O sistema de freos debe conectarse formalmente só despois de que as vigas do guindastre fosen axustadas e fixadas. Cando a placa de freo está conectada á viga do guindastre mediante parafusos de alta resistencia e á armadura auxiliar mediante soldadura, a secuencia importa: primeiro conecte a placa de freo á viga do guindastre con parafusos de alta resistencia e realice o aperte inicial; a continuación, axuste a cercha auxiliar, sódaa por puntos á placa de freo e realice o apriete final dos parafusos de alta resistencia; finalmente, soldar a placa de freo á armadura auxiliar. Tanto o apriete dos parafusos de alta resistencia como a soldadura da placa de freo deben proceder desde o centro de cada placa cara a ambos os dous bordes, co fin de reducir a tensión interna da placa.

IX. Empilado de compoñentes de aceiro

Para facilitar a montaxe, os compoñentes de aceiro deben apilarse dun xeito razoable despois de chegar ao lugar. Os principios son: os compoñentes que se necesitan con urxencia para a súa montaxe deben apilarse directamente no lugar, seguindo a secuencia de izado: os que se izarán primeiro van arriba e os que se izarán despois van por debaixo; os compoñentes que non sexan necesarios con urxencia deben almacenarse temporalmente fóra do sitio. Cando se apile, manteña as columnas e as vigas separadas e apílaas por eixes. O almacén debe ser xestionado por persoal designado; os compoñentes deben contarse cos requisitos de subministración e a lista de entrega e arquivaranse os rexistros. Os membros da sección H deben almacenarse en posición vertical, nunca planos. Cada compoñente debe apoiarse en polo menos dous puntos; os puntos de apoio deben situarse aproximadamente a un sétimo do tramo dos extremos dos membros. Cando se apilan en capas, non se permiten máis de tres capas; os bloques de madeira deben colocarse correctamente entre capas para mantelos nivelados, e os puntos de apoio deben aliñarse verticalmente.