In base allo sfondo del rapido sviluppo dell'industria e della logistica moderna, i magazzini e le officine sono i vettori di base della produzione e dello stoccaggio e la loro progettazione strutturale deve tenere conto dell'efficienza, della sicurezza ed economia. La struttura in acciaio è diventata la soluzione preferita per tali edifici grazie alle sue eccellenti proprietà meccaniche e all'efficienza della costruzione. Poiché i principali componenti portanti, la progettazione e la selezione di colonne in acciaio e travi di acciaio influenzano direttamente la stabilità e la durata della struttura generale. Questo articolo analizzerà sistematicamente l'applicazione di colonne in acciaio e travi di acciaio nei magazzini/officina da proprietà del materiale, specifiche di progettazione a casi reali.
Vantaggi fondamentali della struttura in acciaio
Proprietà materiali
L'alta resistenza (la resistenza alla snervamento può raggiungere oltre 345 MPa) e le caratteristiche leggere dell'acciaio possono ridurre notevolmente le dimensioni della sezione trasversale dei componenti e rilasciare più spazio per l'edilizia. Ad esempio, il momento della sezione di inerzia delle colonne in acciaio a forma di H è migliore di quello delle colonne di cemento e la capacità di compressione è aumentata di oltre il 30%. Inoltre, le prestazioni sismiche dell'acciaio (coefficiente di duttilità ≥3) e dei rivestimenti resistenti alla corrosione prefabbricati in fabbrica (come la galvanizzazione a caldo) prolungano ulteriormente la vita della struttura.
Economia ed efficienza
La progettazione modulare della struttura in acciaio consente una rapida installazione. Prendendo un determinato seminario di produzione automobilistica come esempio, adotta un sistema prefabbricato in acciaio e il periodo di costruzione viene ridotto del 40% rispetto alle strutture in cemento tradizionali. Allo stesso tempo, il tasso di riciclaggio in acciaio supera il 90%e il costo del ciclo di vita è ridotto del 20%-30%.
Sostenibilità
In linea con gli standard di edifici verdi (come la certificazione LEED), le emissioni di carbonio degli edifici della struttura in acciaio sono inferiori del 35% rispetto a quelle del calcestruzzo e i rifiuti di costruzione possono essere riciclati, il che è in linea con la tendenza dell'economia a basso contenuto di carbonio.
Progettazione e applicazione di colonne in acciaio
Selezione del tipo e scenari applicabili
Colonne in acciaio a forma di H: adatti per magazzini a media campata (come la durata di 24 m), con una forte resistenza al taglio web e una facile connessione con bulloni a fascio d'acciaio.
Colonne di tipo scatola: utilizzate principalmente in officine a grande o grattacielo (come hangar di manutenzione degli aeromobili), con eccellenti caratteristiche di chiusura trasversale e resistenza alla torsione.
Colonne a tubi circolari: adatti a progetti esposti (come sale espositive d'arte), con un coefficiente di resistenza al vento a bassa e un aspetto semplice.
Parametri di progettazione chiave
Analisi assiale di carico e instabilità: il carico critico deve essere calcolato in base alla formula Eulero e devono essere considerati i vincoli del piede della colonna (come connessioni a cerniera o fissa).
Design del nodo: lo spessore della piastra di base deve soddisfare la resistenza di estrazione del bullone di ancoraggio (calcolato secondo la specifica AISC) e riservi la ridondanza del 15% per far fronte a carichi dinamici.
Requisiti di specifica
Seguire lo standard AISC 360 (USA) o GB 50017 (Cina), il rapporto di snello della colonna (λ) deve essere controllato entro 200 per prevenire il rischio di instabilità.
Progettazione e applicazione di travi in acciaio
Strategia di selezione
A-Beams: a basso costo, facile elaborazione, adatto per seminari leggeri (come le linee di montaggio elettronico).
Travi di capriate: significativi benefici economici quando l'intervallo supera i 30 m (come i magazzini logistici) e il peso morto è ridotto del 50%.
Travi composite (raggi di acciaio in cemento): migliorare la rigidità del pavimento, adatto per seminari per attrezzature pesanti.
Tecnologia di connessione
Collegamenti a bulloni ad alta resistenza (come grado 10.9): alta capacità di cuscinetto di taglio, adatti per seminari con smontato frequente.
Nodi saldati: trasmissione della forza diretta, ma è necessario il rilevamento di Flaw UT per rilevare la qualità della saldatura.
Punti chiave del design della struttura di magazzino/officina
Ottimizzazione dello spazio
La distanza della colonna economica è generalmente di 8-12 m e il tasso di utilizzo dello spazio può essere aumentato del 30% se combinato con il sistema di scaffale sospeso.
Risposta di carico speciale
Design del raggio di gru: il coefficiente di carico dinamico è 1,5 e il calcolo della fatica si basa sul criterio del minatore di danni cumulativi ≤1.
Clima regionale: i carichi di neve (≥0,7kn/m²) devono essere considerati per i magazzini nel nord e i carichi del vento nelle aree costiere sono calcolati in base a una velocità del vento di 50 anni.
Misure protettive
Protezione antincendio: spruzzatura di rivestimenti ritardanti di fuoco intuitivi (limite di resistenza al fuoco ≥2 ore) o usando il calcestruzzo per avvolgere i componenti in acciaio.
Protezione da corrosione: l'acciaio per agenti atmosferici S355J2W è preferita in ambienti marini per ridurre la frequenza di manutenzione.
Gestione della costruzione e dei costi
Prefabbricazione e installazione
Utilizzare la tecnologia BIM per ottimizzare la divisione dei componenti e ridurre i punti di saldatura in loco del 50%. Il posizionamento totale della stazione è richiesto durante il sollevamento e la deviazione di verticalità è ≤H/1000.
Confronto dei costi
L'investimento iniziale della struttura in acciaio è superiore del 10% -15% a quello del calcestruzzo, ma i benefici operativi portati dal periodo di costruzione abbreviato possono compensare la differenza di prezzo. Prendendo un magazzino a catena del freddo come esempio, la soluzione della struttura in acciaio può raggiungere il recupero dei costi entro 5 anni.
Caso di studio: pratica della struttura in acciaio del centro logistico Amazon
Panoramica del progetto
La campata è di 40 m, la distanza della colonna è di 12 m, viene adottato il sistema di travi a trava della colonna in acciaio a forma di H e il carico del pavimento è 5KN/M².
Innovazione tecnologica
Utilizzare il software TEKLA per ottimizzare la progettazione del nodo e ridurre il consumo di acciaio del 12%.
Introdurre un sistema di monitoraggio intelligente per tenere traccia dei cambiamenti di stress di raggi e colonne in tempo reale.
Sommario dell'esperienza
È necessario riservare i canali di sollevamento delle attrezzature nella progettazione ed evitare conflitti spaziali tra raggi di acciaio e dotti di ventilazione.
Tendenze future
Innovazione materiale
L'acciaio di resistenza ultra-alta S690 (resistenza alla snervamento 690MPA) può ridurre il peso dei componenti del 25%ed è stato pilotato nella super fabbrica di Tesla.
Digitalizzazione e automazione
La tecnologia di saldatura del robot BIM controlla l'errore all'interno di ± 2 mm e realizza la penetrazione dei dati durante il processo di costruzione della produzione di progettazione.
Percorso di carbon neutro
Promuovere la produzione di acciaio ad arco elettrico (le emissioni di carbonio sono inferiori del 75% rispetto ai tradizionali mobili) ed esplorare strutture ibride in legno d'acciaio per ridurre il carbonio incorporato.
Colonne e travi in acciaio sono diventati lo scheletro dei moderni edifici industriali grazie alla loro alta resistenza, flessibilità e sostenibilità. In futuro, attraverso la progettazione intelligente, l'innovazione materiale e la costruzione verde, le strutture in acciaio promuoveranno ulteriormente lo sviluppo efficiente e a basso contenuto di carbonio di magazzini e seminari.
