Конструкција челичног простора великог распона

Основне дефиниције производа

1. Општа дефиниција

У складу са Стандардом за пројектовање челичних конструкција (ГБ 50017), просторне решеткасте кровне конструкције са распоном од 60 метара или више класификоване су као челичне рамовске конструкције великог распона. Састављају се од челичних цевастих елемената и сферних спојева у геометријске системе као што су четвороугаоне или троугласте пирамиде. То су високо статички неодређени просторни системи у којима су оптерећења глобално распоређена, а чланови су првенствено подвргнути аксијалном затезању или компресији. Они нуде високу укупну крутост и стварају отворене просторе без стубова, што их чини идеалним за стадионе, изложбене центре, брзе железничке станице, складишта угља, аеродромске терминале и још много тога.

2. Специфична дефиниција: Спаце Фраме Фоундатион (Фондација за подршку)

Темељ просторног оквира је подконструкција — обично бетонска или на бази шипова — која подржава лежајеве просторног оквира и преноси сва оптерећења са горње конструкције (аксијалне силе, силе смицања, моменти савијања, хоризонталне силе и сеизмичке силе) на тло; служи као конструктивна основа за оквир простора.

· Структурне карактеристике: Подложан вертикалном притиску, хоризонталном потиску, силама подизања и обртном моменту; захтева изузетно високу прецизност у погледу слегања, надморске висине и постављања уграђених делова.

· Кључне контролне тачке: Диференцијално слијегање може директно узроковати пуцање на спојевима просторног оквира и нестабилност елемента, што га чини критичним фактором у успјеху или неуспјеху просторних оквира великог распона.

3. Разликовање терминологије оквира заједничког простора

· Тело свемирског оквира: горња просторна мрежаста структура (чланови + сферни спојеви);

· Спаце Фраме Беаринг: Компонента за пренос оптерећења која повезује просторни оквир са темељом;

· Темељ просторног оквира: Армирано-бетонска конструкција, капа шипа или изоловани темељ који се налази испод лежишта.

Комплетна конфигурација система

Део 1: Главни систем оквира горњег простора (примарна носива конструкција)

1. Структурни систем (главне опције)

· Просторни оквир ортогоналне квадратне пирамиде: Највише се користи; нуди уједначену крутост и погодну уградњу крова; преферирани избор за правоугаоне отиске.

· Просторни оквир дијагоналне квадратне пирамиде: супериорне структурне перформансе и нешто нижа потрошња челика; погодан за средње до велике распоне.

· Просторни оквир троугласте пирамиде: Висока просторна стабилност; погодан за кружне или полигоналне отиске.

· Оквир са завареним кугличним простором: Погодан за велика оптерећења, ултра-велике распоне (преко 80м), тешке кровне системе и услове високог оптерећења.

· Просторни оквир са вијцима: Погодан за лакша оптерећења и стандардне велике распоне; карактерише фабричка префабрикација, монтажа на лицу места и брза изградња.

2. Главна конфигурација материјала (стандардне спецификације)

· Чланови: Бешавне челичне цеви или правошавне заварене цеви; Материјал: К355Б (маинстреам за велике распоне); Уобичајене спецификације: Φ114×4, Φ140×6, Φ159×8, Φ219×10; К235Б се може користити за мање распоне.

· Зглобне лопте:

о Куглице са вијцима: Φ200–Φ400; дебљина зида ≥12мм; Материјал: К355Б.

о Заварене кугле: Φ250–Φ500; дебљина зида ≥14мм; укључује унутрашња ребра за укрућење.

· Конектори: Вијци високе чврстоће степена 10.9 (специјализовани за просторне оквире); укључује одговарајуће коничне главе, завршне плоче, чауре и завртње за причвршћивање.

3. Кров и компоненте ограде (комплетан кровни систем)

· Кровни панели: алуминијум-магнезијум-манган панели са стојећим шавовима, челични лимови профилисане боје и панели за дневно осветљење (локализовани).

· Секундарна кровна конструкција: челичне греде Ц/З пресека (К355Б топло поцинковане, дебљина премаза ≥80μм), кровне споне и подупирачи.

· Хидроизолација и изолација: изолациони слој од камене вуне или стаклене вуне, водоотпорна прозрачна мембрана, олуци, одводне цеви и капе слемена.

Део ИИ: Систем носача просторног оквира (језгро за пренос оптерећења између горње и доње конструкције)

Лежајеви служе као једини чворови за пренос оптерећења између оквира простора и бетонске основе; Избор за конструкције дугог распона мора бити заснован на специфичним захтевима оптерећења:

1. Компресијски лежајеви са равним плочама: Носите само вертикалну компресију; користи се за ивичне носаче и подручја са малим хоризонталним силама.

2. Једносмерни/двосмерни клизни лежајеви: ублажавају топлотни напон и прилагођавају топлотну експанзију/контракцију; неопходан за просторне оквире великог распона.

3. Зглобни лежајеви (сферични зглобни лежајеви): Омогућавају ротацију и пренос силе у више смерова; користи се на угловима, у областима са високим хоризонталним силама и у зонама са строгим сеизмичким захтевима.

4. Затезни лежајеви (лежајеви отпорни на подизање): Користе се на надстрешницама, конзолама и подручјима подложним значајном усису ветра како би се спречило подизање просторног оквира.

Прибор за лежајеве: Основне плоче, ребра за укрућење, анкер вијци и подлошке за подешавање (за нивелисање и подешавање висине).

Део ИИИ: Систем доњих темеља

Избор се заснива на геолошким условима, распону и класификацији оптерећења; Преовлађујући избор за конструкције дугог распона је комбинација шипа-плус-шипова:

И. Уобичајени типови темеља

1. Армирано бетонске изоловане основе: Распони 60–80м, повољни геолошки услови, умерена оптерећења.

2. Тракасти темељи (континуирани темељи): Издужени просторни оквири, непрекидни ослонци, високи захтеви за отпорност на хоризонталну силу.

3. Темељи од шипова са капама од шипова (пожељно за велике распоне): Распони преко 80м, темељи меког тла, велика оптерећења, зоне високог сеизмичког интензитета.

о Типови шипова: бушени ливени шипови, шипови од префабрикованих цеви.

о Капе за шипове: Квадратне/правоугаоне армиранобетонске капице за шипове (бетон Ц30/Ц35).

4. Темељи сплавова: Пројекти са изузетно великим површинама, сложеним геолошким условима и строгим захтевима за контролу диференцијалног слијегања.

ИИ. Основна структура темеља и уграђени делови

1. Чврстоћа бетона: Капе за шипове/главно тело темеља Ц30–Ц35; заслепљујући бетон Ц15;

2. Уграђени делови основе:

о Уграђене челичне плоче за носаче: Дебљине 16–20 мм, заварене на арматуру капе шипа;

о Уграђени анкер вијци: За причвршћивање носача оквира; Челични вијци К355, заједно са наврткама и плочама лежаја;

3. Контрола прецизности (обавезни стандарди за структуре великог распона):

о Одступање осе ≤ ±5 мм;

о Одступање од висине горње површине ≤ ±3 мм;

о Висинска разлика између носача унутар истог распона ≤ 2 мм.

Део ИВ: Системи за учвршћивање и стабилност

Конструкције великог распона челичних рамова укључују значајне висине и значајне хоризонталне силе (ветар, сеизмичке силе); свеобухватан систем стабилности је обавезан:

1. Спојни елементи оквира унутрашњег простора: Вертикални/дијагонални елементи мреже између горње и доње тетиве (интегрални за просторни оквир);

2. Учвршћивање међу стубовима: Попречно учвршћивање (угаона челична или челична цев) између бетонских стубова ради отпора уздужним хоризонталним силама;

3. Хоризонтално учвршћивање крова: Хоризонталне споне и дијагоналне подупираче унутар равни горње тетиве, формирајући круту кровну дијафрагму;

4. Просторни оквири са ивицама и забатом: Затворите крајеве, побољшајте укупну крутост и издржите оптерећење од ветра;

5. Протези за колена/везне шипке: Компоненте бочне стабилности за греде (следећи исту логику као кров од лаког челика).

Део В: Системи против корозије, заштите од пожара и заштите од грома

1. Анти-корозија

· Фабричке компоненте: Топло поцинковани комбинезон (дебљина цинканог премаза ≥85 μм); повећана дебљина за обалне или хемијске индустријске зоне;

· Заварени делови и површине заварене поправком: Абразивно пескарење за уклањање рђе + епоксидни прајмер са цинком + завршни премаз;

· Сферни чворови и завртњи: Фабрички поцинковани; забрањено је сечење на лицу места које оштећује премаз.

2. Заштита од пожара

· Примена специјализованих ватроотпорних премаза (ултратанких или танкослојних) на основу степена пожара зграде; отпорност на ватру од 1,0 х до 2,0 х;

· Посебна пажња на носаче премаза, уграђене делове и завртње. 3. Заштита од грома

· Горња тетива просторног оквира делује као систем за завршетак ваздуха;

·Доњи проводници формирани преко ослонаца, анкер вијака и темељне арматуре;

·Електроде за уземљење постављене унутар темеља и повезане на главну громобранску мрежу зграде.

Део 6: Подршка за инсталацију и изградњу

1. Методе уградње: монтажа по комаду на великој надморској висини, модуларно подизање, интегрално подизање, кумулативно клизање (главни ток за велике распоне);

2. Основна опрема: Тотална станица, ниво, момент кључ, хидраулични систем за подизање / клизање, велике дизалице, порталне дизалице;

3.Помоћни материјали: Специјализовано мазиво за вијке високе чврстоће, заптиваче, подлошке, привремене потпорне оквире, завојне жице.

Комплетна листа компоненти

1.Оквир горњег простора: челични цевни елементи + сфере са вијцима / заварене сфере + вијци високе чврстоће + конусне главе / крајње плоче;

2. Кровни систем: кровне плоче + Ц/З-преграде + изолација и хидроизолација + олуци и одводне цеви;

3. Носиви носачи: Фиксни / клизни / сферни / отпорни на подизање носачи + сидрени вијци + уграђене челичне плоче;

4.Подконструкција/темељи: изоловани темељи/тракасти темељи/капови за шипове (арматура + бетон + уграђени делови);

5.Стабилност учвршћења: укрућење међу стубовима, хоризонтално учвршћивање крова, просторни оквири забата;

6. Системи заштите: вруће цинковање (антикорозивни), ватроотпорни премази, заштита од грома и уземљење;

7. Помоћни материјали за инсталацију: привремени носачи, опрема за дизање, геодетски инструменти, причврсни окови.

Стандардни лаки челични кров у односу на челичну просторну структуру рама великог распона

·Стандардни кров од лаког челика: Пре свега портални крути оквири; распон < 60м; недостаје систем просторне мреже;

· Конструкција челичног рама великог распона: распон ≥ 60м; структура просторне мреже; ослања се на интегрално просторно носиво дејство; захтеви за темеље, ослонце и прецизност су знатно већи од оних за лаке челичне конструкције.

Цоре Адвантагес

1. Могућност изузетно великог распона омогућава дизајн без стубова, максимизирајући искоришћеност унутрашњег простора.

2. Тродимензионално понашање конструкције обезбеђује уравнотежену расподелу оптерећења и одличну отпорност на сеизмичке силе и притисак ветра.

3. Лаган, али чврст; структура је отпорна на свеукупну деформацију и савијање.

4. Фабрички префабриковане компоненте омогућавају брзу монтажу на лицу места.

5. Флексибилна геометрија подржава различите облике, укључујући равне, закривљене, сферичне и неправилне куполе.

6. Стабилна и издржљива структура; дуг радни век када се третира отпорношћу на корозију.

Разликовање истакнутих

И. Предности структуралних перформанси

1. Тродимензионална расподела оптерећења: За разлику од порталних рамова или греда од чврсте мреже (које су подложне савијању и смицању), елементи у просторном оквиру првенствено доживљавају аксијални напон и компресију. Ово обезбеђује ефикасно коришћење материјала и смањену сопствену тежину. Оптерећења из изузетно великих распона су равномерно распоређена на носаче, минимизирајући оптерећење у тачкама и смањујући трошкове темеља.

2. Веома статички неодређена структура: Нуди значајну сигурносну редундантност; неуспех једног члана неће изазвати потпуни колапс. Надмашује планарне решетке и оквире портала у отпорности на земљотресе, ветар, снег и неравномерно насељавање, што га чини идеалним за велике јавне зграде као што су стадиони, складишта угља и аеродромски терминали.

3. Велики простори без стубова: Лако постиже чисте распоне од 60–150 метара. Насупрот томе, оквири портала обично имају ограничење економичног распона од ≤36 метара, а челичне решетке великог распона често немају економичност; просторни оквири пружају огромне, несметане ентеријере без стубова.

ИИ. Најважнији материјали и трошкови

1. Смањена потрошња челика за еквивалентне распоне

За апликације са великим распонима, потрошња челика по јединици пројектоване површине је нижа него код челичних решетки или кровних греда од чврсте мреже. Просторни оквири са вијцима имају користи од стандардизоване фабричке масовне производње и ниских трошкова кроз масовну набавку примарних материјала (челичне цеви и челичне куглице).

2. Широка прилагодљивост оптерећења

Погодно за широк спектар примена, од лаганих застакљених кровова до тешких шупа за суви угаљ и кровова са опремом. Избор материјала може се флексибилно прилагодити за контролу трошкова—користећи челик К235 за лакша оптерећења и К355 за већа оптерећења.

ИИИ. Производња и прерада

1. Стандардизовани фабрички префабриковани просторни рамови са вијцима: чланови челичне цеви се исеку на дужину, конусне главе и завршне плоче су унапред састављене, а челичне куглице се изрезују – све у радионици – пре сортирања и паковања. Рад на лицу места је ограничен на монтажу и затезање вијака високе чврстоће, уз минимално потребно заваривање. Насупрот томе, решетке и крути оквири често захтевају опсежно спајање и заваривање на лицу места.

2. Висока свестраност компоненти: оквир са једним простором користи ограничен опсег спецификација куглица, вијака и челичних цеви, обезбеђујући високу заменљивост делова. Ово олакшава масовну производњу, управљање залихама и будуће одржавање или замену.

ИВ. Разлике у конструкцији и инсталацији

1. Флексибилне и различите методе уградње: Различите технике – као што је монтажа комад по комад на висини, подизање блока, интегрално хидраулично подизање и кумулативно клизање – омогућавају изградњу у великим распонима, ултра високим или скученим просторима. Супротно томе, крути оквири и решетке портала су значајно ограничени радијусима рада дизалица.

2. Брзина изградње која се може контролисати: Истовремена фабричка производња и монтажа на лицу места скраћују укупни распоред пројекта. Одсуство опсежног заваривања на лицу места смањује потребу за детекцијом грешака и антикорозивном прерадом.

В. Предности у кровној и архитектонској форми

1. Висока способност обликовања: Правоугаони, кружни, елиптични, сферни и двоструко закривљени облици су доступни. Чврсти рамови и равни решетке се боре да створе закривљене кровове великог распона, чинећи просторне оквире идеалним за структуре јединственог облика као што су изложбени центри и спортски стадиони.

2. Погодан распоред крова: Уједначен, правилан распоред чворова горњих тетива олакшава уредно постављање греда, кровних панела и кровних трака. Ово поједностављује конструкцију кровног ограде и нуди већу флексибилност у пројектовању система за одводњавање и распореда кровних прозора.

ВИ. Предности у издржљивости: антикорозивна и противпожарна заштита

1. Витки, уједначени чланови и зрело топло цинковање: Челичне цеви и кугле могу бити потпуно топло поцинковане у фабрици без "мртвих зона" које се налазе у структурним деловима, што резултира супериорним квалитетом против корозије у поређењу са чврстим оквирима Х-секције. Ово нуди јасну предност радног века у обалним или хемијски корозивним срединама.

2. Лако наношење ватроотпорних премаза: Са дискретним елементима и површинама којима се може управљати, примена танкослојних ватроотпорних премаза је ефикаснија и бржа од облагања великих греда и стубова од чврсте мреже.

ВИИ. Најважније после изградње О&М

1. Лаган са малим оптерећењем одржавања крова; једноставан распоред стаза за одржавање;

2. Јасно структурално понашање; појединачни оштећени елементи могу се заменити на одређеним местима без обимног демонтаже или модификације крова, што резултира ниским трошковима одржавања.

ВИИИ. Кратко поређење са конкурентским системима

1. Чврсти оквири портала: Погодни за мале до средње распоне; раванско структурно понашање; ослања се на савојне чланове; ниска цена; економичност нагло опада за распоне веће од 36м;

2. Челичне решетке: Планарно структурно понашање; слаба бочна крутост; велика сопствена тежина за велике распоне; захтева значајно заваривање на лицу места;

3. Челични просторни оквири: просторно структурно понашање; преферирани избор за ултра велике распоне; висока крутост; флексибилна геометрија; висока сигурносна маргина.

Стандардни процес производње

И. Процес производње челичних куглица

1. Сечење и ковање: Тестерисање округле челичне шипке → Средњефреквентно загревање и ковање у грубе челичне куглице;

2. Машинска обрада: струг за стругање сферне површине → вишеугаоно бушење рупа за вијке и урезивање помоћу машине за индексно бушење према цртежима;

3. Инспекција и НДТ: Инспекција навоја; испитивање магнетним честицама (МПТ) за откривање пукотина;

4. Анти-корозија: Свеукупно топло цинковање.

Заварене кугле: Штанцање челичне плоче у две хемисфере → Кошење → Монтажа унутрашњих прстенастих учвршћивача → Заваривање под водом за спајање хемисфера → НДТ → Брушење → Поцинковање.

ИИ. Процес израде Спаце Фраме Мембер

1. Сечење челичних цеви: сечење фиксне дужине бешавних или заварених цеви помоћу ЦНЦ тестера; укључени додатак за скупљање заваривања; равне крајње стране;

2. Израда конусне главе и завршне плоче: окретање отковака у облик;

3. Монтажа и заваривање: Предмонтажа конусних глава/крајњих плоча на крајевима цеви; позиционирање помоћу алата; full-penetration CO₂ circumferential welding;

4. НДТ заваривања: ултразвучно испитивање (УТ) за критичне елементе великог распона; провере на лицу места за варове степена ИИ;

5. Исправљање и уклањање рђе: Чланови за равнање; сачмарење до степена Са2.5;

6. Анти-корозија: Свеукупно топло цинковање.

ИИИ. Обрада склопова вијака високе чврстоће

1. Округло сечење челика → Каљење и каљење → Спољно стругање → Ваљање навоја;

2. Испитивање тврдоће, детекција мана и топло цинковање; истовремена обрада и цинковање одговарајућих чаура и вијака за подешавање.

ИВ. Фабричка предмонтажа

1. Изаберите 1–2 стандардне јединице за пробну монтажу на шаблону;

2. Проверите поравнање кугличне рупе, дубину уметања завртња и укупну дужину члана;

3. Подесите димензије нестандардних делова да бисте обезбедили несметану монтажу на лицу места.

В. Паковање и класификација

Број компоненти по зони и спецификацији; пакујте чланове, челичне куглице и вијке одвојено; означити бројевима оса.

ВИ. Процедуре монтаже на лицу места

1. Геометар и распоред; нивелисање и позиционирање подупирача;

2. Извођење према плану изградње: монтажа комад по комад на висини / подизање блока / интегрално подизање;

3. Прво саставите доње тетиве и чланове → инсталирајте чланове мреже → саставите горњи акорд; затегните завртње високе чврстоће класе 10.9 да бисте дизајнирали обртни момент помоћу момент кључа;

4. Контрола подставки, поправка антикорозивног премаза на завареним спојевима и наношење ватроотпорног премаза.

Напомена: Разлике за рамове са завареним кугличним простором

Заваривање спојева са пуним продором на лицу места; детекција грешака за сваки пролаз завара; нема процеса затезања вијака високе чврстоће.

Кључни параметри перформанси

И. Геометријске спецификације главних компоненти

1. Челични цевасти елементи просторног оквира (К235Б/К355Б; К355Б пожељно за велике распоне)

Уобичајени пречници цеви × дебљине зида: φ60×3,5, φ76×4, φ89×4, φ114×4, φ140×6, φ159×8, φ180×10, φ219×10

Дужина готовог елемента: 1,0м–3,5м (стандардна величина мреже: 1,5м–3,0м);

Толеранција равности производње: ≤Л/1000; одступање од перпендикуларности крајње стране: ≤0,5 мм.

2. Болтед Спхерес

Пречник сфере: φ100, φ120, φ140, φ160, φ180, φ200–φ400;

Дебљина зида: 12–20 мм; угаона толеранција за рупе са навојем на површини сфере: ±15′.

3. Повезани причвршћивачи

Вијци високе чврстоће класе 10.9: М12, М14, М16, М20, М22, М24, М27, М30; прибор: чауре, конусне главе, завршне плоче, завртњи за закључавање.

4. Потпорне плоче

Дебљина основне плоче: 16–30 мм; дебљина плоче за учвршћивање: 12–20 мм; уграђени анкер вијци: К355.

ИИ. Механичка својства материјала

ИИИ. Перформансе носивости конструкције

1. Карактеристике носивости: Сви чланови у челичној просторној конструкцији великог распона подложни су аксијалном затезању или компресији; нема савијајућих чланова; то је веома статички неодређена структура; неуспех појединих чланова не изазива општи колапс.

2. Типични применљиви распони

1. Просторни оквири са вијцима: 12м–80м;

2. Заварени просторни оквири: 50м–180м (за ултра-велике распоне и велика оптерећења). 3. Типичне вредности оптерећења крова: Скрбно оптерећење 0,30–0,80 кН/м²; живо оптерећење 0,5–1,0 кН/м²; конструкције за тешке услове рада (нпр. суве хале за угаљ) могу да пређу 2,0 кН/м².

4. Топлотна деформација: Клизни ослонци морају бити инсталирани за распоне веће од 60 м у једном правцу да би се ослободили напрезања топлотног ширења/стезања.

ИВ. Стандарди заваривања и детекције грешака

1. Ободни завари између чланова и конусних глава: завари ИИ степена; 100% ултразвучно тестирање (УТ) за критичне чланове дугог распона; 20% случајног узорковања за стандардне чланове.

2. Сучеони завари за заварене кугле: заваре ИИ степена; 100% детекција грешака за критичне пројекте.

В. Параметри против корозије

1. Фабрички готови производи: вруће цинковање; дебљина превлаке цинка ≥85 μм (≥120 μм за приобалне корозивне зоне).

2. Поправка оштећених места на лицу места: Пескарење до степена Са2.5 → епоксидни прајмер богат цинком + средњи слој + завршни премаз; укупна дебљина сувог филма ≥120 μм.

ВИ. Параметри заштите од пожара

За јавне зграде и индустријска постројења применити танкослојне или ултра-танко-слојне интумесцентне ватроотпорне премазе на основу захтеваног степена пожара (границе отпорности на ватру од 0,5х, 1,0х, 1,5х или 2,0х); дебљина премаза мора бити у складу са релевантним стандардима.

ВИИ. Контролни параметри инсталације

1. Одступање осе потпоре ≤±5 мм; висина горње површине носача ≤±3 мм; висинска разлика између суседних носача ≤2 мм.

2. Завршни момент затезања вијака високе чврстоће мора се стриктно придржавати наведених вредности; дубина захвата навоја мора бити у складу са пројектним цртежима.

ВИИИ. Референтна потрошња челика (по пројектованој површини)

Лагани кровови са дневним осветљењем: 12–22 кг/м²

Стандардна индустријска постројења и простори: 22–35 кг/м²

Тешке шупе за суви угаљ и кровови који подржавају тешку опрему: 35–60 кг/м²