با توجه به توسعه سریع صنعت و تدارکات مدرن ، انبارها و کارگاه های آموزشی اصلی تولید و ذخیره سازی هستند و طراحی ساختاری آنها باید کارآیی ، ایمنی و اقتصاد را در نظر بگیرد. ساختار فولاد به دلیل خاصیت مکانیکی عالی و راندمان ساخت و ساز ، به راه حل ترجیحی برای چنین ساختمانهایی تبدیل شده است. به عنوان مؤلفه های اصلی بار ، طراحی و انتخاب ستون های فولادی و پرتوهای فولادی مستقیماً بر ثبات و عمر خدمات ساختار کلی تأثیر می گذارد. در این مقاله به طور سیستماتیک کاربرد ستون های فولادی و پرتوهای فولادی در انبارها/کارگاههای آموزشی از خصوصیات مواد ، مشخصات طراحی تا موارد واقعی را تجزیه و تحلیل خواهد کرد.
مزایای اصلی ساختار فولاد
خاصیت مواد
استحکام بالا (قدرت عملکرد می تواند به بیش از 345MPA برسد) و خصوصیات سبک وزن فولاد می تواند اندازه مقطع قطعات را به شدت کاهش داده و فضای ساختمان بیشتری را آزاد کند. به عنوان مثال ، لحظه بخش عدم تحرک ستون های فولادی H شکل بهتر از ستون های بتونی است و ظرفیت فشاری بیش از 30 ٪ افزایش می یابد. علاوه بر این ، عملکرد لرزه ای فولاد (ضریب انعطاف پذیری ≥3) و پوشش های مقاوم در برابر خوردگی کارخانه (مانند گالوانیزه کننده گرم) بیشتر عمر ساختار را افزایش می دهد.
اقتصاد و کارآیی
طراحی مدولار ساختار فولاد نصب سریع را امکان پذیر می کند. با استفاده از یک کارگاه خاص تولید خودرو به عنوان نمونه ، یک سیستم ستون ستونی از فولادی پیش ساخته را اتخاذ می کند و دوره ساخت در مقایسه با سازه های بتونی سنتی 40 ٪ کوتاه می شود. در همین زمان ، نرخ بازیافت فولاد از 90 ٪ فراتر می رود و هزینه چرخه عمر 20 ٪ -30 ٪ کاهش می یابد.
پایداری
مطابق با استانداردهای ساختمان سبز (مانند صدور گواهینامه LEED) ، انتشار کربن ساختمانهای ساختار فولادی 35 ٪ کمتر از بتن است و می توان زباله های ساختمانی را بازیافت کرد ، که مطابق با روند اقتصاد کم کربن است.
طراحی و کاربرد ستون های فولادی
انتخاب و سناریوهای قابل اجرا
ستونهای فولادی H شکل: مناسب برای انبارهای متوسط (مانند دهانه 24 متر) ، با مقاومت برشی وب قوی و اتصال آسان با پیچ های پرتو فولادی.
ستونهای از نوع جعبه: بیشتر در کارگاه های بزرگ یا بلند (مانند آشیانه های تعمیر و نگهداری هواپیما) استفاده می شود ، با ویژگی های عالی بسته شدن مقطعی و مقاومت در برابر پیچشی.
ستون های لوله دایره ای: مناسب برای طرح های در معرض (مانند سالن های نمایشگاه هنری) ، با ضریب مقاومت باد کم و ظاهر ساده.
پارامترهای طراحی کلیدی
بار محوری و تجزیه و تحلیل کمانش: بار بحرانی باید مطابق فرمول اویلر محاسبه شود ، و محدودیت های کف ستون (مانند اتصالات لولا یا ثابت) باید در نظر گرفته شود.
طراحی گره: ضخامت صفحه پایه باید مقاومت بیرون کشیدن پیچ لنگر (محاسبه شده با مشخصات AISC) را برآورده کند و برای مقابله با بارهای پویا 15 ٪ افزونگی را رزرو کند.
الزامات مشخصات
استاندارد AISC 360 (ایالات متحده) یا GB 50017 (چین) را دنبال کنید ، برای جلوگیری از خطر بی ثباتی ، نسبت باریک بودن ستون (λ) باید در 200 کنترل شود.
طراحی و کاربرد تیرهای فولادی
استراتژی انتخاب
I-BEAMS: کم هزینه ، پردازش آسان ، مناسب برای کارگاه های سبک (مانند خطوط مونتاژ الکترونیکی).
تیرهای خرپا: مزایای اقتصادی قابل توجهی هنگامی که دهانه از 30 متر فراتر رود (مانند انبارهای لجستیک) ، و وزن مرده 50 ٪ کاهش می یابد.
پرتوهای کامپوزیت (تخته های بتونی پرتوهای فولادی): سفتی کف را بهبود بخشید ، مناسب برای کارگاه های تجهیزات سنگین.
فناوری اتصال
اتصالات پیچ و مهره با مقاومت بالا (مانند درجه 10.9): ظرفیت تحمل برشی بالا ، مناسب برای کارگاه های آموزشی با جداسازی مکرر.
گره های جوش داده شده: انتقال نیروی مستقیم ، اما تشخیص نقص UT برای تشخیص کیفیت جوش لازم است.
نکات کلیدی طراحی ساختار انبار/کارگاه
بهینه سازی فضا
فاصله ستون اقتصادی معمولاً 8-12 متر است و در صورت ترکیب با سیستم قفسه معلق ، می توان میزان استفاده از فضا را 30 ٪ افزایش داد.
پاسخ بار خاص
طراحی پرتو جرثقیل: ضریب بار پویا 1.5 است و محاسبه خستگی بر اساس معیار معدنکار آسیب تجمعی ≤1 انجام می شود.
آب و هوای منطقه ای: بارهای برفی (0.7kn/متر مربع) برای انبارها در شمال باید در نظر گرفته شود و بارهای باد در مناطق ساحلی بر اساس سرعت باد 50 ساله محاسبه می شود.
اقدامات محافظتی
حفاظت از آتش: پاشیدن پوشش های بازدارنده آتش سوزی (محدودیت مقاومت در برابر آتش) یا استفاده از بتن برای بسته بندی اجزای فولادی.
محافظت از خوردگی: فولاد هوازدگی S355J2W در محیط های دریایی برای کاهش فرکانس نگهداری ترجیح داده می شود.
ساخت و ساز و مدیریت هزینه
پیش ساخت و نصب
از فناوری BIM برای بهینه سازی تقسیم مؤلفه و کاهش نقاط جوشکاری در محل 50 ٪ استفاده کنید. موقعیت کل ایستگاه در حین بالا بردن مورد نیاز است و انحراف عمودی ≤H/1000 است.
مقایسه هزینه
سرمایه گذاری اولیه ساختار فولاد 10 ٪ -15 ٪ بیشتر از بتن است ، اما مزایای عملیاتی که توسط دوره ساخت و ساز کوتاه شده ایجاد می شود می تواند اختلاف قیمت را جبران کند. با استفاده از یک انبار زنجیره ای سرد به عنوان نمونه ، راه حل ساختار فولاد می تواند طی 5 سال به بازیابی هزینه برسد.
مطالعه موردی: ساختار فولاد از مرکز تدارکات آمازون
بررسی اجمالی پروژه
دهانه 40 متر ، فاصله ستون 12 متر است ، سیستم پرتو ستون فولادی H شکل اتخاذ شده است و بار کف آن 5kn/m² است.
نوآوری تکنولوژیکی
برای بهینه سازی طراحی گره و کاهش مصرف فولاد 12 ٪ از نرم افزار Tekla استفاده کنید.
برای ردیابی تغییرات استرس تیرها و ستون ها در زمان واقعی ، یک سیستم نظارت هوشمند را معرفی کنید.
خلاصه تجربه
لازم است کانال های بالابر تجهیزات در طراحی را رزرو کرده و از درگیری های مکانی بین پرتوهای فولادی و مجاری تهویه جلوگیری کنید.
روندهای آینده
نوآوری مادی
S690 STEEL با استحکام فوق العاده بلند (قدرت عملکرد 690MPa) می تواند وزن اجزای را 25 ٪ کاهش دهد و در کارخانه فوق العاده تسلا خلبان شده است.
دیجیتالی سازی و اتوماسیون
فناوری جوشکاری ربات BIM خطا را در 2mm ± کنترل می کند و در طول فرآیند طراحی ساخت و ساز ، نفوذ داده ها را تحقق می بخشد.
مسیر خنثی کربن
ترویج ساخت فولاد کوره قوس الکتریکی (انتشار کربن 75 ٪ پایین تر از کوره های انفجار سنتی است) و ساختارهای ترکیبی چوب فولادی را برای کاهش کربن تجسم کشف می کنند.
ستون ها و پرتوهای فولادی به دلیل قدرت بالا ، انعطاف پذیری و پایداری آنها به اسکلت ساختمانهای صنعتی مدرن تبدیل شده اند. در آینده ، از طریق طراحی هوشمند ، نوآوری مواد و ساخت و سازهای سبز ، سازه های فولادی باعث توسعه کارآمد و کم کربن انبارها و کارگاه ها می شوند .
