Тяжелая промышленная стальная конструкция: Руководство по проектированию и изготовлению

Что делает стальную конструкцию «тяжелой промышленной»

A тяжелая промышленная стальная конструкция создан для перевозки грузов, с которыми никогда не сталкиваются обычные коммерческие здания: системы мостовых кранов, вибрационное оборудование, высокотемпературное технологическое оборудование, а также нагрузки на крышу или пол, в несколько раз более тяжелые, чем у обычного склада. Определяющей особенностью является не размер, а несущая способность. — Тяжелая промышленная рама спроектирована с учетом динамических, повторяющихся и часто экстремальных сил, а не только статических нагрузок. Это различие определяет каждое последующее решение: от выбора марки стали до конструкции соединений.

Категории загрузки, которые определяют дизайн

Инженеры, работающие над тяжелыми промышленными проектами, рассчитывают элементы сразу по нескольким категориям нагрузок, и неправильное сочетание является одной из наиболее частых причин дорогостоящего перепроектирования в середине проекта.

• Крановые нагрузки, включая вертикальные нагрузки на колеса, боковые волнения и продольные тормозные силы мостовых кранов.
• Нагрузки на оборудование от технологических емкостей, компрессоров и вращающихся механизмов, которые создают как статический вес, так и вибрацию.
• Тепловые нагрузки на объектах с печами, печами или высокотемпературными трубопроводами
• Нагрузки на окружающую среду, такие как ветер, сейсмическая активность и снег, которые усиливаются из-за высоты и открытой планировки, характерных для промышленных предприятий.

Одноэтажное здание с Мостовой кран 50 тонн например, обычно требуются секции колонн и крановые балки в несколько раз тяжелее, чем в аналогичном здании без крана, поскольку один только боковой скачок может добавить 10-20% к горизонтальной расчетной силе на каждую колонну.

Выбор марки стали и сечения

Подбор материала по требованию

Большинство тяжелых промышленных каркасов используют Q355 или эквивалентную конструкционную сталь (сравнимую с ASTM A572, класс 50) для основных колонн и балок, оставляя более прочные марки для ферм с длинными пролетами или балок подкрановых путей, где контроль прогиба имеет большее значение, чем предел текучести. Н-образные профили с широкими полками доминируют в конструкциях колонн и балок, поскольку их высокий момент инерции противостоит изгибу, вызванному нагонами крана и ветром, в то время как сборные коробчатые профили обычно используются для высоких, тонких колонн, которые должны противостоять короблению при комбинированных осевых и боковых нагрузках.

Защита от коррозии и пожара

Промышленная среда с химическим воздействием, влажностью или прибрежным воздухом ускоряет коррозию, поэтому технические характеристики обычно предусматривают горячее цинкование или многослойные эпоксидные/полиуретановые системы, рассчитанные на 15-25 лет срока службы. Там, где технологические зоны подвержены риску пожара, вспучивающиеся покрытия или противопожарная защита, наносимая распылением, повышают огнестойкость стальных элементов до 1-2 часов без значительного увеличения веса секции.

Конструкция соединений с учетом усталости и вибрации

Соединения в тяжелых промышленных конструкциях подвергаются повторяющимся циклам нагрузки, которые редко испытывают обычные болтовые соединения в коммерческих зданиях. Соединения подкрановых путей, в частности, склонны к усталостному растрескиванию, если они спроектированы с использованием стандартных статических методов, а не с учетом усталостной детализации. Общие практики включают в себя:

1. Использование критически важных для скольжения высокопрочных болтовых соединений в соединениях крановой балки с колонной для предотвращения проскальзывания соединения при повторяющихся тормозных нагрузках.
2. Предотвращение резких изменений сечения или неармированных сварных швов в точках концентрации напряжений, которые являются наиболее частым источником усталостных трещин.
3. Определение сварных швов с полным проваром с помощью ультразвукового контроля на основных опорных элементах крана, а не полагаться только на визуальный контроль
4. Добавление пластин жесткости в точках опоры для распределения сосредоточенных нагрузок от колес на стенку и полку.

Отказы, вызванные усталостью, редко происходят из-за одной перегрузки; они накапливаются в течение десятков тысяч циклов нагрузки, поэтому детализация соединений заслуживает такого же инженерного внимания, как и определение размеров основных элементов.

Сравнение структурных систем по применению

Не в каждом тяжелом промышленном здании используется одна и та же конструктивная система. Правильный выбор зависит от длины пролета, грузоподъемности крана и нагрузки на крышу, как указано ниже.

Факторы затрат, выходящие за рамки тоннажа стали

Покупатели часто оценивают проекты тяжелой промышленности только по тоннажу стали, но тоннаж объясняет лишь часть стоимости. Системы крановых путей, конструкция фундамента, рассчитанная на сосредоточенные нагрузки на колонны, а также допуски на изготовление ферм с большими пролетами могут привести к увеличению общей стоимости проекта на 15-30% даже если тоннаж останется прежним. Особого внимания заслуживают фундаменты: тяжелая колонна крана может переносить точечные нагрузки в несколько раз большие, чем колонна эквивалентной высоты в здании без крана, что обычно означает более глубокие свайные фундаменты или более широкие опоры, чем требуется для стандартного коммерческого проекта.

Проверки качества, которые стоит проводить перед изготовлением

Поскольку элементы тяжелой промышленности имеют большие размеры и критичны к нагрузке, выявлять ошибки после изготовления гораздо дороже, чем выявлять их на бумаге. Практический контрольный список перед изготовлением включает в себя:

• Независимая проверка данных о нагрузке крана на соответствие техническим характеристикам фактического производителя крана, а не предполагаемых значений.
• Сертификаты заводских испытаний, подтверждающие марку стали и химический состав для каждого номера используемой плавки.
• Записи о аттестации сварочных процедур для всех конструкционных сварных швов, особенно соединений с полным проплавлением.
• Проверки допусков на размеры ферм с длинными пролетами перед отправкой, поскольку отклонение в несколько миллиметров на одном конце может значительно ухудшиться при пролете 40–60 м.

В проектах, в которых эти проверки включены в график изготовления, а не рассматриваются как заключительный этап проверки, постоянно наблюдается меньше задержек при монтаже на месте во время монтажа.