Nueve puntos clave para el diseño y construcción de edificios de fábricas con estructura de acero

Edificios de fábrica con estructura de acero.han sido ampliamente reconocidos en la ingeniería de la construcción porque son rápidos de construir, livianos, tienen buen desempeño sísmico y son amigables con el medio ambiente. En el diseño de naves industriales, han ido sustituyendo paulatinamente a la estructura más pesada de hormigón armado.

Las estructuras de acero no se utilizan en China desde hace mucho tiempo y su diseño detallado y técnicas de construcción aún se están desarrollando. Aunque los edificios industriales con estructura de acero ofrecen muchas ventajas, el acero como material también tiene desventajas, por ejemplo, poca resistencia al fuego y tendencia a la corrosión. Estos factores deben tenerse en cuenta tanto durante la etapa de diseño como de construcción.

I. Las principales ventajas de los edificios de fábricas con estructura de acero

Como se menciona en el resumen, las principales ventajas denaves industriales con estructura de aceroson los siguientes. En primer lugar, en términos de velocidad de construcción: los componentes de acero se pueden producir en masa en una fábrica; La construcción es simple y el montaje es rápido, lo que acorta enormemente el período de construcción. En segundo lugar, en términos de peso propio: el peso estructural del edificio se puede reducir en aproximadamente un 30%; Esto es especialmente económico en sitios con baja capacidad de carga de cimientos o alta intensidad de fortificación sísmica, donde la economía general es mejor que la de los sistemas estructurales de hormigón armado. Por último, en términos de protección del medio ambiente: las estructuras de acero pertenecen a la familia de los sistemas de construcción ecológicos y ecológicos; El acero en sí es un material de alta resistencia y alta eficiencia con un alto valor de reciclaje y no requiere encofrado durante la construcción.

II. La importancia del diseño del dibujo

Los dibujos son la base de la construcción en cualquier proyecto. Durante la fase de diseño de un edificio industrial con estructura de acero, los técnicos profesionales de la unidad de construcción deben organizarse para llevar a cabo una revisión conjunta de los planos, verificando los planos en busca de “errores, omisiones, colisiones y deficiencias” para que los problemas se resuelvan antes de que comience la construcción y el impacto de los problemas de los planos en la calidad y el cronograma se mantenga al mínimo. Para un proyecto de estructura de acero, se deben preparar diseños de organización de la construcción separados para la etapa de fabricación y la etapa de montaje; El documento del proceso de fabricación debe cubrir los estándares de calidad y requisitos técnicos de cada proceso y subelemento en la etapa de fabricación, así como las medidas específicas adoptadas para garantizar la calidad del producto.

III. Principios de diseño para el sistema de refuerzo

Para asegurar el comportamiento espacial del edificio, mejorar su rigidez general, resistir y transmitir fuerzas horizontales longitudinales, prevenir la deformación excesiva de los miembros, evitar el pandeo de los miembros de compresión y garantizar la estabilidad general de la estructura, se debe disponer un sistema de arriostramiento confiable de acuerdo con la forma estructural del edificio, la disposición de la grúa, el equipo vibratorio, la luz y la altura del taller y la longitud de cada zona de temperatura. Cada zona de temperatura debe contar con un sistema de arriostramiento estable entre columnas, dispuesto en coordinación con el arriostramiento horizontal lateral del techo. La posición del arriostramiento de la columna inferior es un factor clave que determina la dirección de la deformación longitudinal y afecta la cantidad de tensión térmica; El refuerzo de la columna inferior debe colocarse lo más cerca posible del centro de la zona de temperatura, de modo que los miembros longitudinales, como las vigas de la grúa, puedan expandirse y contraerse libremente hacia ambos extremos a medida que cambia la temperatura. Cuando la zona de temperatura es corta, generalmente se coloca un único juego de refuerzos en la columna inferior en el medio. Sin embargo, cuando la zona de temperatura tiene una longitud superior a 150 m, se deberían instalar dos juegos de refuerzos de columnas inferiores dentro de la zona para garantizar la rigidez longitudinal; deben colocarse dentro del tercio medio de la zona de temperatura en la medida de lo posible, y la distancia de centro a centro entre los dos conjuntos no debe exceder los 72 m, para evitar un estrés térmico excesivo.

IV. Puntos clave para el diseño sísmico

A la hora de realizar el diseño sísmico de una nave industrial con estructura de acero se deben tener en cuenta los siguientes puntos. Primero, en términos de diseño general, la masa y la rigidez de la estructura deben distribuirse uniformemente para que el edificio se cargue uniformemente y se deforme de manera coordinada; Se debe evitar una rigidez desigual, ya que tiene un efecto desfavorable sobre el comportamiento sísmico. Para la estructura transversal, se debe adoptar un marco rígido, o un marco en el que la armadura del techo esté conectada rígidamente a las columnas, para aprovechar al máximo el rendimiento de carga del acero y reducir la deformación transversal. En segundo lugar, los edificios con estructura de acero generalmente fallan no porque la resistencia de los miembros sea insuficiente, sino porque los miembros se pandean; por lo tanto, es especialmente importante un sistema de arriostramiento bien dispuesto que garantice la estabilidad general del edificio. Finalmente, bajo la acción de un terremoto, se produce fatiga de bajo ciclo y su efecto en el edificio debe considerarse en el diseño. El diseño de conexiones estructurales debe garantizar que la falla de la unión no ocurra antes de que los miembros estructurales cedan en toda la sección; Se debe permitir que los miembros entren en la etapa plástica para que puedan absorber completamente la energía sísmica y desarrollar su capacidad sísmica.

V. La importancia del diseño resistente al calor y al fuego

Naves industriales con estructura de acero.tienen poca resistencia al fuego. Cuando el acero se calienta por encima de 100 °C, su resistencia a la tracción disminuye y su plasticidad aumenta a medida que aumenta la temperatura. Alrededor de 250 °C, la resistencia a la tracción del acero aumenta ligeramente mientras que su plasticidad disminuye, un fenómeno conocido como fragilidad azul. Por encima de 250 °C, el acero comienza a deformarse. Aproximadamente a 500 °C, la resistencia del acero cae tan bajo que la estructura de acero puede colapsar. Por lo tanto, siempre que la temperatura de la superficie de una estructura de acero supere los 150 °C, se debe proporcionar aislamiento térmico y un diseño de protección contra incendios (normalmente logrado mediante la aplicación de revestimientos protectores contra incendios resistentes al calor).

en la construcción denaves industriales con estructura de acero, surgen muchos problemas prácticos; aquí sólo analizamos los más destacados.

VI. Incrustación de pernos de anclaje durante la construcción

Se puede decir que si los pernos de anclaje están instalados firmemente es fundamental para la estabilidad de una nave industrial con estructura de acero. La precisión de los pernos de anclaje afecta directamente al posicionamiento de la estructura de acero. Los pernos de anclaje deben incrustarse con estricta precisión: desviación del eje ±2,0 mm y elevación ±5,0 mm. Antes de instalar los pernos de anclaje de la columna, proyecte cada eje de la red de control horizontal sobre la superficie superior de la base de la columna y cierre el bucle, para garantizar la precisión de instalación de los pernos; luego marque los bordes exteriores de las columnas según los ejes. Una vez montado el marco de soporte (apuntalamiento) para los pernos de anclaje de la columna, transfiera la elevación requerida al marco de tubo de acero. 

VII. Precauciones durante el levantamiento

Las principales precauciones son las siguientes. Primero, marque las líneas centrales transversales en la placa base del pie de la columna y las líneas centrales de los pernos de anclaje, y limpie los orificios de corte en la base de la columna; Una vez que la columna de acero esté en posición, ajuste su elevación y apriete las tuercas. En segundo lugar, después de erigir las columnas de acero en un área, instale los tirantes (miembros de conexión) para garantizar la estabilidad general de las columnas y evitar que se deformen cuando se izan las vigas de acero. Finalmente, levante las vigas de acero: conecte pares de vigas en el aire y realice el apriete inicial de los pernos de alta resistencia; la primera viga debe asegurarse con cuatro vientos para evitar que se incline hacia un lado.

VIII. Dificultades para instalar el sistema de vigas de grúa

Durante la construcción, las vigas de la grúa deben instalarse estrictamente desde el vano de columnas arriostradas, de acuerdo con las especificaciones. Una vez instalado y conectado el refuerzo entre columnas, forma una unidad de rigidez espacial relativamente estable; La instalación desde esta bahía es más segura y también garantiza que el montaje de las vigas de la grúa no afecte la verticalidad de las columnas. Durante la instalación, se deben colocar placas de calce debajo de las vigas de la grúa con grandes desviaciones en la sección final; Estas cuñas deben soldarse en su lugar después de que se haya ajustado el sistema de vigas de la grúa, y las vigas deben estar alineadas con precisión contra las líneas de posicionamiento preestablecidas. El sistema de frenos debe conectarse formalmente sólo después de que se hayan ajustado y fijado las vigas de la grúa. Cuando la placa de freno se conecta a la viga de la grúa mediante pernos de alta resistencia y a la armadura auxiliar mediante soldadura, la secuencia importa: primero conecte la placa de freno a la viga de la grúa con pernos de alta resistencia y realice el apriete inicial; luego ajuste la armadura auxiliar, suéldela por puntos a la placa de freno y realice el ajuste final de los pernos de alta resistencia; finalmente soldar la placa de freno al truss auxiliar. Tanto el apriete de los pernos de alta resistencia como la soldadura de la placa de freno deben proceder desde el centro de cada placa hacia ambos bordes, con el fin de reducir las tensiones internas en la placa.

IX. Apilado de componentes de acero

Para facilitar el montaje, los componentes de acero deben apilarse de manera razonable después de llegar al sitio. Los principios son: los componentes que se necesitan con urgencia para el montaje deben apilarse directamente en el sitio, siguiendo la secuencia de izado: los que se izarán primero van arriba y los que se izarán después van abajo; Los componentes que no se necesitan con urgencia deben almacenarse temporalmente fuera del sitio. Al apilar, mantenga las columnas y las vigas separadas y apílelas por eje. El patio de almacenamiento debería ser administrado por personal designado; Los componentes deben contarse contra los requisitos de suministro y la lista de entrega, y los registros deben archivarse. Los miembros de sección en H deben almacenarse en posición vertical, nunca planos. Cada componente debe apoyarse en al menos dos puntos; Los puntos de apoyo deben ubicarse aproximadamente a un séptimo del claro desde los extremos del miembro. Cuando se apilan en capas, no se permiten más de tres capas; Los bloques de madera deben colocarse correctamente entre las capas para mantenerlas niveladas, y los puntos de soporte deben alinearse verticalmente.