Aplicación integral y análisis técnico de la estructura de acero Sistemas de columna de haz en talleres modernos de almacenamiento, edificios prefabricados y construcción de casas avícolas

Aplicación integral y análisis técnico de la estructura de acero Sistemas de columna de haz en talleres modernos de almacenamiento, edificios prefabricados y construcción de casas avícolas

Estructuras de acero , con sus ventajas sobresalientes de alta fuerza, auto-peso ligero, excelente plasticidad y dureza, alto nivel de industrialización, velocidad de construcción rápida, beneficios integrales significativos y alineación con principios de desarrollo sostenibles, se han convertido en una de las formas estructurales dominantes en la construcción industrial y civil moderna. Entre ellos, el sistema de columna de haz de estructura de acero, que sirve como el "esqueleto" y la "columna vertebral" de todo el marco estructural, desempeña un papel central indispensable en tipos de edificios específicos, como talleres modernos de almacenamiento, edificios prefabricados y capacidades de cría de ganancias/aves de avión, palanca de su rendimiento excepcional de la carga de la carga y las capacidades a la espacio de espacio. Este artículo profundiza en los escenarios de aplicación integrales, los puntos técnicos clave, los métodos de optimización de diseño y las tendencias futuras de desarrollo de los sistemas de columna de haz de acero en estos tres tipos de edificios, proporcionando un análisis detallado con referencias prácticas de casos.

I. Ventajas del núcleo y aplicación de la aplicación de los sistemas de columna de haz de acero

1. Rendimiento mecánico excepcional:

   • Alegada de alta resistencia: En comparación con las estructuras de concreto reforzadas tradicionales, el acero posee una relación de resistencia / peso muy alta (por ejemplo, resistencia al rendimiento de acero Q355B ≥ 345 MPa, aproximadamente 10 veces la resistencia a la compresión axial del hormigón C30). Esto permite que los sistemas de columna de haz de acero transporten cargas más grandes con secciones transversales más pequeñas, reduciendo significativamente los tamaños de los miembros y liberando un valioso espacio de construcción.
   • Excelente ductilidad y dureza: La buena plasticidad y la tenacidad del acero le permiten absorber la energía sustancial a través de la deformación plástica bajo cargas extremas como terremotos o tormentas de viento, evitando efectivamente una falla estructural quebradiza. Esto mejora el rendimiento general de resistencia sísmica y del viento del edificio, cumpliendo los requisitos estrictos de GB 50011 "Código para el diseño sísmico de edificios".
   • Propiedades uniformes del material: El acero es homogéneo e isotrópico, que ofrece propiedades mecánicas estables y confiables. Su comportamiento se alinea bien con los modelos computacionales, asegurando una alta precisión del diseño.

2. Industrialización y prefabricación:

   • Fabricación de precisión de fábrica: Las columnas de acero, las vigas (incluidas las vigas H de madera sólida, las vigas de armadura, etc.), y sus nodos de conexión se pueden fabricar con alta precisión (precisión a nivel de milímetro que cumple con el código GB 50755 "para la construcción de estructuras de acero") en fábricas modernas basadas en dibujos de diseño detallados. Los procesos incluyen corte, perforación, soldadura, enderezado y tratamiento de superficie (por ejemplo, disparos de disparo, recubrimiento anticorrosión). Esto garantiza una calidad estable y controlada y elimina las fluctuaciones de calidad y los impactos ambientales asociados con el trabajo húmedo en el sitio.
   • Estandarización y modularización: Facilita el diseño estandarizado y serializado de secciones de componentes, especificaciones y métodos de conexión, lo que permite la producción de lotes a gran escala. Admite la prefabricación de fábrica de módulos o unidades grandes (por ejemplo, conjuntos de marco de haz de columna, módulos de habitación enteros), mejorando significativamente la eficiencia de la construcción y los horarios de acortamiento.

3. Velocidad de construcción rápida:

   • Montaje seco y rápido: Los componentes prefabricados se ensamblan en el sitio principalmente utilizando pernos de alta resistencia (por ejemplo, pernos de cabeza hexadecimal de grado 10.9) o soldadura (por ejemplo, soldadura con protección de gas). Esto elimina el tiempo de espera para el curado de concreto (típicamente 28 días) y minimiza la interrupción del clima adverso (por ejemplo, bajas temperaturas, lluvia ligera).
   • Trabajo comercial paralelo: La instalación rápida de la estructura primaria permite las primeras campos de trabajo para otros intercambios (instalación de revestimiento: láminas de acero en color, paneles de sándwich; MEP ásperos; acabado interior), lo que permite una construcción altamente paralela. La duración general del proyecto se puede reducir en un 30%-50%.

4. Alta flexibilidad espacial:

   • Capacidad de larga distancia: Los sistemas de columna de haz de acero (especialmente cuando se combinan con armaduras espaciales o rejillas) pueden lograr fácilmente tramos de decenas sin columnas o incluso cientos de metros. Esto elimina las obstrucciones de la columna interior (por ejemplo, para el tráfico de la carretilla elevadora, el diseño de la línea de producción, la disposición de los equipos de aves de corral), maximizando la utilización del espacio.
   • Diseño de cuadrícula de columna flexible: El espacio de columna (comúnmente 6-12m, o más grande) se puede ajustar de manera flexible de acuerdo con las necesidades funcionales (por ejemplo, ancho del pasillo logístico, colocación de equipos, diseño de jaulas en casas avícolas), proporcionando una gran libertad para la organización de plano de planta.
   • Facilitación de modificación y expansión: El sistema estructural claro y la ruta de carga hacen que las adiciones posteriores (pisos, extensiones) o el diseño interno cambien relativamente sencillos con un impacto mínimo en la estructura existente.

5. Sostenibilidad verde:

   • Alta reciclabilidad: El acero cuenta con una tasa de reciclaje superior al 90%, alineándose con los principios de economía circular. El acero de chatarra se puede recordar, reduciendo la presión de los desechos de construcción sobre el medio ambiente.
   • Eficiencia de recursos: La naturaleza liviana reduce los requisitos de material de base; La producción de fábrica minimiza el trabajo húmedo en el sitio, reduciendo el consumo de agua y la generación de residuos de construcción; La rápida velocidad de construcción acorta ciclos de consumo de energía e impacto ambiental en el sitio.
   • Driver de la industrialización de la construcción: Actúa como una tecnología central que respalda la industrialización de la construcción (edificios prefabricados), alineándose con estrategias nacionales que promueven la construcción ecológica y la construcción inteligente.

II. Análisis en profundidad de escenarios de aplicación y desglose técnico

(A) Talleres modernos de almacenamiento (centros de logística, fábricas, grandes almacenes)

Los sistemas de columna de haz de acero dominan el almacenamiento moderno, proporcionando la garantía estructural central para operaciones logísticas eficientes y almacenamiento a gran escala.

1. Necesidades de aplicación básicas y enfoque técnico:

   • Espacio masivo sin columnas:
     • Implementación técnica: Los sistemas estructurales del marco portal son ampliamente utilizados. Este sistema consiste en columnas de sección H cónica (sección transversal optimizada en función de los diagramas de momento de flexión: más grandes en la base, más pequeñas en la parte superior) y vigas de sección H cónica (más pequeñas en la cresta, más grandes en los aleros) conectadas por juntas rígidas (típicamente placas finales con pernos de alta resistencia) para formar unidades de resistencia a la fuerza lateral. Las bases de columna generalmente están diseñadas como fijadas para los momentos de lanzamiento y reducen los costos de la base.
     • Capacidad del tramo: Los tramos económicos varían de 18-36 m para marcos de portal estándar. La optimización o el uso de vigas/columnas de red permite tramos superiores a 50 m.
     • Beneficio espacial: Elimina las columnas interiores, proporcionando un espacio sin obstrucciones para un denso almacenamiento de estantería de alta bandeja (por ejemplo, bastidores de VNA), operación suave de equipos logísticos eficientes (carretillas elevadoras de alto alcance, AGV) e instalación/ejecución de sistemas automatizados de almacenamiento y recuperación (AS/RS).
   • Capacidad de carga pesada:
     • Tipos de carga: Debe resistir un sistema de techo/pared significativo (incluido el aislamiento, los paneles fotovoltaicos), las cargas de viento (especialmente la elevación), las cargas de nieve, las cargas de grúas (grúas de fama, grúas superiores), cargas de pisos de densas de estanterías (en edificios de varios pisos) y cargas potenciales de vibraciones de equipos.
     • Puntos clave de diseño: Calcule con precisión todas las cargas y combinaciones por GB 50009 "Código de carga para el diseño de estructuras de construcción". Secciones de columna/haz de diseño con precisión basadas en el momento, el corte y los sobres de fuerza axial para garantizar la adecuación de la resistencia y la estabilidad (pandeo general y local) por GB 50017 "Estándar para el diseño de estructuras de acero". Realice la verificación detallada de análisis de elementos finitos (FEA) de nodos críticos (por ejemplo, soportes de grúas, soportes de haz de grúa).
   • Necesidades de iluminación y ventilación:
     • Integración técnica: Diseñe luces de techo de gran área (con paneles FRP o PC) alternando con láminas de techo de acero para introducir una luz natural uniformemente, reduciendo significativamente el consumo de energía de iluminación. Utilice ventiladores naturales montados en la cresta (turbinas o capuchas estáticas) o combine con las torres de paredes laterales para crear ventilación con efecto de pila, mejorando el entorno interior.
   • Adaptabilidad del techo:
     • Fotovoltaicos integrados en edificio (BIPV): Los techos de acero proporcionan una base plana y fuerte ideal para sistemas fotovoltaicos distribuidos. El diseño debe incluir cargas adicionales de paneles fotovoltaicos (~ 0.15 kN/m²), cargas de viento y cargas de mantenimiento. Conectores de riel de montaje fotovoltaico previo a la inclinación.
     • Instalación de equipos grandes: La estructura del techo debe acomodar las condiciones y cargas de montaje para unidades de ventilación grandes, torres de enfriamiento y soportes de tubería.

2. Análisis de detalle técnico clave:

   • Optimización de la sección: Uso extenso de secciones H cónicas, optimizando la profundidad de la web y el ancho de la brida en función de la distribución de momentos para un uso mínimo de material. Emplee los paneles de pandeo restringidos (BRB) o marcos excéntricamente arrancados (EBF) para mejorar la rigidez lateral.
   • Sistema de pista de grúa: Los talleres pesados ​​requieren vigas de pista de grúa dedicadas (secciones H soldadas o vigas de caja) para resistir las cargas de las ruedas de la grúa y las fuerzas de frenado horizontal. Diseñe estrictamente por clase de servicio de grúa (A1-A8) para garantizar el rendimiento de la fatiga. Se requiere alta precisión para la instalación del riel (rectitud, calibre).
   • Detalles de la conexión: Las juntas de columna de haz de marco de portal a menudo usan placas finales con pernos de alta resistencia (tipo slip-crítico o tipo de rodamiento). El diseño debe garantizar que la rigidez conjunta cumpla con el principio de "componente débil y débil". Los empalmes y las conexiones de refuerzo requieren un diseño detallado.
   • Protección contra incendios y corrosión: Los almacenes son típicamente edificios de clase D/E que requieren resistencia al fuego de nivel 2 (columnas: 2.0h, vigas: 1.5h). Logre a través de recubrimientos gruesos/delgados de fuego, encasimento de la placa de fuego o acero resistente al fuego por GB 50016. La protección de la corrosión implica galvanización de hot en caliente (AVG. Espesor ≥85 μm) o Sistemas de recubrimiento de alto rendimiento (Cut Oxide de óxido de hierro Iron Polyurethano de óxido de hierro de Zinc y con el óxido de hierro intermediado de hierro.
   • Diseño de la base: El peso de acero ligero reduce las demandas de la base; Utilice comúnmente zapatas aisladas (RC o apiladas). Calcule con precisión las reacciones de la base de columnas (axial, cizallante, momento), considerando los efectos de elevación del viento.

(B) Edificios prefabricados (construcción modular, edificios de contenedores, carcasa prefabricada)

Los sistemas de columna de haz de acero son fundamentales para la industrialización de la construcción, que muestra ventajas únicas en edificios prefabricados altamente modulares.

1. Necesidades de aplicación básicas y enfoque técnico:

   • Alta modularidad e integración:
     • Implementación técnica: Usando el esqueleto de columna de haz, todo el edificio se descompone en la fábrica en unidades modulares volumétricas estandarizadas y específicas de la función (por ejemplo, cocina, baño, dormitorio, módulos de corredor). Estructura interna (columnas, vigas, viguetas, marco de piso), sistemas de envoltura (paredes, techo), servicios MEP y acabados interiores están altamente integrados dentro de cada módulo durante la prefabricación de fábrica.
     • Transporte y erección: Las dimensiones del módulo se adhieren estrictamente a los tamaños de contenedores estándar (por ejemplo, 12m x 3m x 3m) para el transporte de carreteras/mar. El trabajo en el sitio implica principalmente conexiones atornilladas/soldadas de módulo a módulo, conexiones de servicio, sellado de juntas y acabado externo mínimo.
   • Velocidad de construcción y calidad:
     • Ventaja de velocidad: La prefabricación de fábrica procede simultáneamente con el trabajo de la base del sitio. Posterior a la entrega, la erección del módulo, la conexión y la puesta en marcha son rápidos. Un sobre de construcción de varios pisos se puede cerrar en unas semanas. La reducción general del cronograma puede exceder el 60% versus la construcción tradicional.
     • Seguro de calidad: Entorno de fábrica estable, alta mecanización/automatización (por ejemplo, soldadura robótica, mecanizado CNC), control preciso de procesos, precisión de alta dimensión y calidad de material estable mejoran significativamente la calidad general del edificio, la atracción, la atracción y la durabilidad, la reducción de los errores en el sitio.
   • Flexibilidad de diseño y diversidad combinatoria:
     • Estandarización y personalización: Basado en cuadrículas estandarizadas de columna de haz (por ejemplo, 3M x 6m) e interfaces de módulos, edificios de diversos diseños, alturas y formas (por ejemplo, casas en terrazas, bloques de apartamentos, dormitorios de estudiantes, unidades médicas, estructuras de campamento) se pueden ensamblar de manera flexible. Los módulos de apilamiento y compensación crean ricas composiciones arquitectónicas.
   • Rendimiento estructural superior:
     • Resistencia sísmica y del viento: Los marcos de acero poseen inherentemente una buena ductilidad. En edificios modulares, cada módulo actúa como una caja rígida, y las conexiones confiables entre módulos (llaves de corte de soldaduras por pernos) forman una estructura espacial integral con una excelente rigidez general y un rendimiento sísmico/viento, especialmente adecuado para zonas sísmicas y áreas de tifón.
     • Adaptabilidad a sitios complejos: El peso ligero reduce los requisitos de la base, ideales para terrenos desafiantes como laderas, áreas de subsidencia minera o sitios temporales restringidos.
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2. Análisis de detalle técnico clave:

   • Estructura de la unidad de módulo: Típicamente utiliza marcos de columna/haz de columna estrechamente espaciado o construcción panelada (viguetas de piso de paredes de acero formadas por frío). Las columnas de esquina de altura completa (SHS o H-Sections) proporcionan puntos primarios de carga y elevación de carga. Las vigas superior e inferior enmarcan el módulo. Los pernos de pared se conectan de forma segura a columnas/vigas (tornillos autodenominales o remaches ciegos).
   • Tecnología de conexión entre módulos:
     • Conexión vertical: El haz superior del módulo inferior se conecta al haz inferior del módulo superior a través de pernos de alta resistencia (por ejemplo, M20/M24) a través de conexiones o placas finales. Llaves de corte (placas de acero, secciones) Transfiera la cizalla horizontal.
     • Conexión horizontal: Las columnas de borde del módulo adyacente se conectan a través de placas de empalme y pernos de alta resistencia. Espacios de articulación llenos de sellador con clasificación de fuego (por ejemplo, lana de roca, calafateo de fuego).
     • Juntas críticas: Las conexiones de esquina, los enlaces del corredor, las interfaces de las escaleras requieren un diseño especial de refuerzo que garantice una transferencia de carga confiable.
   • Integración e interfaces de MEP:
     • Pre-integración de fábrica: Todos los servicios de suministro de agua, drenaje, electricidad (potencia/datos), HVAC están precisamente preparados, enrutados, conectados y probados dentro de las paredes del módulo/cavidades del piso/techos.
     • Sitio Connectación rápida: Los módulos cuentan con trozos de utilidad prejuidad estandarizados (agua, potencia, aire) con accesorios de conexión rápida (acoplamientos de bloqueo de cámara, enchufes de aviación) para una conexión rápida de campo, minimizando el tiempo de instalación y los errores.
   • Comodidad y eficiencia energética:
     • Aislamiento: Paredes, techos, pisos llenos de aislamiento de alto rendimiento (lana de roca, fibra de vidrio, espuma PUR/PIR, 100-200 mm de espesor), asegurando un alto rendimiento térmico (valor U ≤0.3 w/(m² · k)). Los detalles de ruptura térmica son críticos.
     • Airpremo: La producción y el sellado de precisión de la fábrica logran una atracción muy superior en comparación con las construcciones tradicionales, reduciendo el puente térmico y la pérdida de energía, la mejora de la comodidad y la reducción de la energía operativa.
   • Separación de fuego y sonido: Compartimento de fuego estricto por GB 50016. Conjuntos de pared/piso de múltiples capas que incorporan tablas de yeso con clasificación de fuego, recubrimientos y aislamiento de la luna de roca logran las clasificaciones de fuego requeridas (por ejemplo, paredes de carga 1-2 h). La construcción de múltiples capas y las conexiones resilientes mejoran el aislamiento del sonido en el aire y el impacto (RW ≥ 50 dB).

(C) Casas de aves de corral modernas (instalaciones agrícolas intensivas)

Las aves de corral modernas exigen control ambiental estricto, bioseguridad, durabilidad, construcción rápida y rentabilidad, lo que hace que los sistemas de columna de haz de acero sean la solución óptima.

1. Necesidades de aplicación básicas y enfoque técnico:

   • Span y espacio alto:
     • Implementación técnica: Los marcos de portal livianos (tramos de 12-24 m) o marcos de columna de haz son comunes. Las alturas de alero generalmente de 3 a 5 m o más (por ejemplo, para sistemas de jaula de varios niveles) para acomodar equipos, circulación de aire y acceso de trabajadores.
     • Beneficio espacial: El espacio libre de columnas facilita la instalación, la operación y el mantenimiento de grandes sistemas automatizados (líneas de alimentación, líneas de riego, cinturones de recolección de huevos, sistemas de eliminación de estiércol, controles ambientales).
   • Control ambiental estricto:
     • Aislamiento térmico: El control preciso de la temperatura interna (pollos: 35 ° C, adultos: 18-24 ° C) y la humedad (50-70%) es crítico. Los paneles de sándwich compuesto (EPS/PU/PIR Core, 75-150 mm de espesor) o sistemas de doble piel con aislamiento, soportados por el marco de acero, proporcionan un rendimiento térmico superior (valor U ≤0.4 w/(m² · k)), reduciendo los costos de energía.
     • Apresura y ventilación: Requiere alta opresión del edificio (evitando corrientes de aire, entrada de pájaros/roedores) junto con una poderosa ventilación mecánica (ventilación del túnel, ventilación cruzada). El esqueleto de acero proporciona un soporte robusto para ventiladores grandes (> 1.4 m de diámetro), almohadillas de enfriamiento evaporativas y respiraderos de entrada. El diseño estructural debe tener en cuenta la vibración del ventilador y la protección de seguridad.
   • Resistencia a la corrosión y capacidad de limpieza:
     • Entorno altamente corrosivo: Altas concentraciones de amoníaco (NH₃), sulfuro de hidrógeno (H₂S), dióxido de carbono (CO₂), combinados con alta temperatura y humedad, crean una atmósfera extremadamente corrosiva.
     • Estrategia de protección de corrosión: Todos los componentes de acero (columnas, vigas, puras, ceñidos) requieren la protección de mayor grado:
       • Método primario: Galvanización completa (HDG) (recubrimiento de zinc promedio ≥85 μm, ISO 1461) para una protección de sacrificio superior.
       • Protección mejorada: Aplique las capas superiores resistentes a la intemperie (por ejemplo, poliuretano, fluoropolímero) sobre HDG para áreas críticas o zonas de alta corrosión (bases de columnas a nivel de tierra, vigas/columnas internas).
       • Elección de material: Uso preferencial del acero de meteorización (por ejemplo, Q355NH).
     • Revestimiento interno: Las paredes interiores deben utilizar materiales lisos, resistentes a la corrosión, fácilmente lavables/desinfectables (por ejemplo, paneles de PVC, acero prefirerado, acero inoxidable) para minimizar la adhesión de los escombros y garantizar un saneamiento exhaustivo para la bioseguridad.
   • Construcción rápida y control de costos: La velocidad de construcción industrializada de Steel acorta el tiempo de construcción de la granja, acelerando el retorno de la inversión. El diseño estandarizado y la optimización de materiales ayudan a controlar los costos generales.
   • Seguridad y confiabilidad estructural: Debe soportar cargas de equipos pesados ​​(jaulas de múltiples niveles), cargas de viento (especialmente en áreas abiertas), cargas de nieve y posibles cargas de equipos de extracción de estiércol. El diseño estructural debe ser robusto.
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2. Análisis de detalle técnico clave:

   • Diseño consciente de la corrosión: Simplifique las formas estructurales para minimizar las articulaciones complejas, las grietas y las áreas difíciles de cubrir/mantener. Evite secciones propensas a atrapar la humedad/escombros. Eleve bases de columna en pedestales de concreto para evitar el contacto directo con los pisos húmedos.
   • Integración del sistema de ventilación:
     • Montaje del ventilador: Diseñe almohadillas de concreto robustas o marcos de acero en paredes de aguas/finales para soportar grandes ventiladores axiales, considerando la vibración y la presión del viento. Instale pantallas de pájaros sobre las aberturas del ventilador.
     • Muro de la almohadilla de enfriamiento: El extremo de la almohadilla de enfriamiento requiere una fuerte estructura de encuadre para soportar los módulos de la almohadilla y el peso del sistema de agua. Asegure impermeabilización/sellado efectivo alrededor de las almohadillas.
     • Respiraderos de entrada: Proporcione amplias aberturas en el techo/paredes laterales con puntos de montaje confiables para mecanismos de ventilación motorizados/manuales.
   • Cálculo de carga de equipo preciso: Cuenta con precisión de pesas y cargas dinámicas de sistemas automatizados de alimentación/riego, jaulas de múltiples niveles (incluido el peso del ganado), los sistemas de recolección de huevos y los sistemas de eliminación de estiércol (raspadores/transportadores). La coordinación cercana con los proveedores de equipos es esencial.
   • Drenaje de techo e impermeabilización: Diseñe la pendiente adecuada del techo (≥5%) para la escorrentía rápida de agua de lluvia. Utilice los sistemas de techo de costura en pie o las hojas de corrugación grande con una calzada confiable para garantizar la estancia bajo la presión negativa de la ventilación.
   • Detalles de bioseguridad: Selle la unión entre las bases de la columna de acero y la losa del piso de concreto interno meticulosamente (por ejemplo, sellador de silicona) para evitar la filtración de estiércol debajo. Forma calas redondeadas (R≥50 mm) en las uniones del piso de pared para una limpieza fácil y exhaustiva sin esquinas muertas.

Iii. Puntos técnicos clave comunes en diseño, fabricación y construcción de sistemas de columna de haz de acero

1. Análisis y diseño estructural:

   • Modelado y cálculo: Utilice un software de diseño de acero profesional (por ejemplo, PKPM, SAP2000, ETABS, Staad.Pro, estructuras de Tekla) para modelado 3D, análisis de carga (estática, dinámica, térmica), cálculo de la fuerza interna, diseño de miembros (resistencia, rigidez, estabilidad) y diseño de conexión.
   • Cumplimiento del código: Se adhieren estrictamente a los códigos chinos: GB 50017, GB 50009, GB 50011, GB 50016, GB 50661 "Código para soldadura de estructuras de acero", JGJ 82 "Especificación técnica para conexiones de pernos de alta resistencia de estructuras de acero", etc.
   • Implementación de BIM: El modelado de información de construcción (BIM) es cada vez más integral a los proyectos de acero, lo que permite la gestión visual y de la información a lo largo del diseño, detalles, fabricación y erección, resolviendo efectivamente los enfrentamientos y mejorando la precisión/eficiencia.

2. Detallado y fabricación:

   • Detalles (dibujos de la tienda): Desarrolle dibujos de construcción detallados, detalles de conexión, anidación de componentes (determinando las dimensiones de corte, preparaciones de soldadura), listas de materiales y dibujos de fabricación (dibujos de parte/ensamblaje/erección) basados ​​en documentos de diseño. Debe considerar con precisión los procesos de fabricación, las limitaciones de transporte y las secuencias de erección.
   • Selección e inspección de materiales: Use el acero conforme a los estándares nacionales (GB/T 700 "aceros estructurales de carbono", GB/T 1591 "Alejas de alta aleación de alta resistencia") o especificaciones del proyecto (Q235B, Q355B, Q390, Q420, etc.). Requerir certificados de molino tras la entrega y realizar muestras/pruebas (propiedades mecánicas, composición química) como se especifica. Los materiales de protección de la corrosión deben cumplir con los estándares relevantes.
   • Fabricación de fábrica:
     • Corte: Corte de llama/plasma CNC, corte láser, aserrado para alta precisión.
     • Perforación: CNC Máquinas de perforación, taladros de 3 ejes para agujeros de pernos (precisión posicional ± 0.5 mm).
     • Asamblea y soldadura: Máquinas de ensamblaje automático de haz H, soldadura por arco sumergido de pórtico garantiza la calidad de las soldaduras principales (soldaduras de brida/tope). Soldadura estrictamente por especificaciones de procedimiento de soldadura calificada (WPS). Los soldadores deben estar certificados.
     • Enderezado: Mecánico (enderezadores de brida) o enderezado térmico para controlar la distorsión.
     • Preparación de superficie y recubrimiento: BLAST/LIMPIRA ABRASIVO a SA 2.5 (GB/T 8923.1). Aplique el sistema de recubrimiento especificado (imprimación, intermedio, capa superior) y grosor a través de la pulverización. Deben cumplir las condiciones ambientales (temperatura, humedad, punto de rocío).
     • Asamblea de prueba: Realice un pre-ensamblaje en fábrica para conexiones complejas o grandes conjuntos para verificar la precisión de la fabricación.

3. Técnicas de erección de campo:

   • Inspección de la base: Verifique con precisión los ejes de base, elevaciones, posiciones/dimensiones de pernos de anclaje (tolerancia ± 2 mm). Aceptación de entrega completa.
   • Entrega y almacenamiento de componentes: Planifique las rutas de transporte y las áreas de almacenamiento (nivel, sólido). Almacene los componentes por secuencia de erección para evitar daños/deformación. Identificación clara esencial.
   • Plan de elevación: Desarrollar un plan de elevación detallado que especifique la secuencia, puntos de elevación (orejetas dedicadas), selección de grúas, radio, medidas de seguridad. Realice las verificaciones de elevación para componentes grandes/incómodos.
   • Procedimiento de erección:
     • Erección de columna: Posicionamiento → Próximo temporal (cables de chico, accesorios) → Alineación aproximada (nivel, plomada) → Aprendedor de pernos de anclaje → Ajuste fino (nivel superior, fontanería) → Instalación de arriostramiento → Fiesta final (lechada/ajuste).
     • Erección de haz: Levante en su lugar → Conexión temporal (pasadores de deriva, pernos) → Ajuste el nivel, alineación, espaciado → Aprendimiento de pernos de alta resistencia → Apriete final → soldadura (si es necesario).
   • Topografía y alineación: Continuo durante toda la erección. Use teodolitos de precisión, niveles, estaciones totales, caídas láser para monitorear/controlar ejes, elevaciones, plomería (por GB 50205 "Código para la aceptación de la calidad de la construcción de las estructuras de acero").
   • Atornillado de alta resistencia: Sigue las especificaciones estrictamente: preparación de superficie fayante (limpieza de explosión para el coeficiente de fricción de deslizamiento ≥0.45) → Alineación de agujeros → Aprendizaje inicial (50% del par final) → Aprendimiento final (torque o método de nuez de nuez). Utilice llaves de torque/herramientas eléctricas calibradas. Mantener registros.
   • Soldadura de campo: Pantallas erectas de viento/clima (crítico para la soldadura de gas con gas). Soldadura estrictamente por WPS. Aplique el alivio de precalentamiento (placa gruesa), post-calor o estrés (acero de alta aleación de alta resistencia). Realice una inspección visual y pruebas no destructivas (UT/RT). Asegure plataformas de acceso seguras y estables para soldadura elevada.
   • Seguridad y limpieza: Haga cumplir estrictamente las regulaciones de seguridad para trabajar en altura, levantamiento y potencia temporal. Proporcione acceso seguro, barandillas, redes de seguridad. Implementar medidas de prevención de incendios y protección contra caídas. Mantener la limpieza del sitio.

IV. Tecnologías de protección contra incendios y protección de corrosión (recubrimiento) para sistemas de columna de haz de acero

Estas son salvaguardas centrales para la seguridad y la durabilidad de las estructuras de acero.

1. Protección contra incendios (tecnología clave):

   • Requisitos de calificación de resistencia al fuego (FRR): Determinado por GB 50016 basado en el tipo de edificio/ocupación y elemento estructural (columna, haz, piso). Por ejemplo, nivel 2 industrial: columnas 2.0h, vigas 1.5h; Nivel 1 Residencial: columnas 3h, vigas 2h). La resistencia al acero disminuye rápidamente con la temperatura (pérdida de ~ 2/3 a 600 ° C).
   • Métodos de protección primaria:
     • Recubrimientos de fireproof:
       • Cementito (intumescente): Alcance inorgánico (cemento, yeso, vermiculita). Recubrimientos gruesos (15-50 mm). Forma una capa de carbón aislante dura. Frr> 3h posible. Durable, adecuado al aire libre/húmedo. Estética pesada y pobre.
       • Película delgada/delgada (intumescente): Expandantes de resinas orgánicas/formadores de carbón. Capas delgadas (3-7 mm). Se expande 10-50X formando espuma carbonosa aislante. FRR típicamente ≤2.5h. Buena estética, aplicación fácil. La meteorización/estabilidad a largo plazo requiere atención.
     • Encasimento de la junta de fuego de fuego: Utiliza tablero de yeso, placa de silicato de calcio, placa de vermiculita, placa de fibra de cerámica unida a través del encuadre o adhesivos. Instalación rápida y seca, fácil mantenimiento. Ocupa más espacio.
     • Encuesta de concreto/mortero: Los miembros de la cubierta de material resistente al fuego (SFRM) de hormigón o rociado (SFRM). Protección estable y duradera. Construcción pesada y lenta.
     • Ingeniería de incendios estructurales (enfriamiento/llenado de agua): Circulación/enfriamiento de agua interna utilizada en casos raros (por ejemplo, mega columnas).
     • Acero resistente al fuego (FR): El acero aleado (MO, CR, NB, etc.) mantiene ≥ 2/3 de resistencia al rendimiento de temperatura ambiente a 600 ° C. Reduce/elimina la protección aplicada pero es costoso.
   • Selección y aplicación: Se deben considerar los requisitos de FRR, la forma del miembro, el uso de edificios (corrosión), el costo y la estética. La calidad de la aplicación es primordial: el recubrimiento/grosor de la junta debe cumplir con las especificaciones, ser uniformes y adherirse firmemente sin vacíos/delaminación.

2. Protección de corrosión (tecnología clave):

   • Mecanismo y entorno de corrosión: El acero sufre corrosión electroquímica (oxidación) en presencia de humedad, ácidos, álcalis, atmósferas industriales o marinas. Las casas de aves de corral, las plantas costeras, las instalaciones químicas son altamente corrosivas.
   • Principio de diseño de protección: Siga las pinturas y barnices ISO 12944 " - Protección contra la corrosión de las estructuras de acero por sistemas de pintura protectores" para clasificar la corrosividad (C2 leve - C5 -I severo industrial/C5 -M severo), definir la vida del servicio objetivo (por ejemplo, 15, 25 años) y seleccionar un sistema de recubrimiento apropiado.
   • Métodos de protección primaria:
     • Recubrimientos metálicos:
       • Hot-Dip Galvanizing (HDG): La inmersión de acero en zinc fundido (~ 450 ° C) forma capas de aleación de hierro de zinc-capa pura capa de zinc. Proporciona una excelente barrera y protección catódica. Espesor controlable (típicamente ≥85 μm). Vida larga (por ejemplo,> 20 años C3). Bajo mantenimiento. Preferido para casas avícolas, elementos exteriores. Rendimiento afectado por encima de 200 ° C.
       • Spray térmico zinc/aluminio (TSZA): El arco o la pulverización de llamas Zn/Al alambre forman recubrimiento metálico poroso, sellado. Vida larga, aplicable en el campo/reparable. Adecuado para componentes grandes/soldados en el campo.
     • Sistemas de pintura protectores:
       • Sistemas de recubrimiento de alto rendimiento: Sistema de múltiples capas: imprimación (adhesión/protección catódica/pasivación, por ejemplo, epoxi rico en zinc, zn≥80%), recubrimiento intermedio (construcción de barrera/espesor, por ejemplo, epoxi de óxido de hierro micáceo), topoat (resistencia a la intemperie/química/aestésico - p. Ej., Polyuretano, fluoropolímero). El grosor total de la película seca (DFT) es crítico (por ejemplo, ≥240 μm para C4). Aplicación exigente (Surface Prep SA 2.5, Control ambiental, intervalos de recotación). Requiere inspección/mantenimiento periódicos.
       • Acero meteorológico: Acero de baja aleación (Cu, P, Cr, Ni) que forma pátina de óxido protectora estable ("óxido") en atmósferas adecuadas. Utilizado principalmente para elementos arquitectónicos/estructurales expuestos (puentes, fachadas). No es adecuado para ambientes persistentemente húmedos, ácidos o ricos en cloruro. Mayor costo inicial.
     • Protección catódica: Principalmente para estructuras sumergidas/enterradas (muelles, tuberías); raramente usado en edificios.
   • Protección de juntas y conexión: Trate las superficies de Faying para conexiones atornilladas de inmediato después de la preparación. Limpie las soldaduras bien después de la soldado y recoger con imprimación/intermedio/abrigo. Preste especial atención a las cabezas de perno, bordes de agujeros. Proteja los recubrimientos de daños durante el transporte, el manejo y la erección.

V. Tendencias y desafíos de desarrollo

1. Tendencias:

   • Adopción de acero de alto rendimiento: Mayor uso de Q420, aceros de alta resistencia Q460, acero resistente al fuego (FR), acero meteorológico y acero resistente a la corrosión (por ejemplo, aceros CR/Ni de baja aleación) para reducción de peso, secciones más delgadas, mayor durabilidad y protección simplificada.
   • Innovación de conexión: Desarrollo de conexiones más eficientes, confiables e instalables (por ejemplo, pernos ciegos, combos de cizalladura, pernos de bloqueo automático). Promoción de soldadura robótica/inspección automatizada.
   • Optimización e hibridación del sistema estructural: Estructuras compuestas de acero-concreto (columnas SRC, losas compuestas), columnas de tubo de acero llena de concreto (CFT), paredes de corte de placa de acero (SPSW) para aprovechar las resistencias del material. Integración de estructuras espaciales de larga distancia (cúpulas de cables, sistemas de tracción) con marcos de viga-columna.
   • Profundizar la digitalización e inteligencia:
     • Diseño impulsado por BIM: Adopción BIM de la fase de diseño conceptual para la colaboración multidisciplinaria.
     • Detalles inteligentes y fabricación: Detalles automatizados con IA, equipo CNC en red, anidación/programación inteligente.
     • Sitios de construcción inteligentes: Seguimiento del modelo de componente RFID/BIM, inspecciones de drones, monitoreo de seguridad visual de IA, gemelos digitales que guían la erección.
   • Neutralidad verde y de carbono:
     • Evaluación del ciclo de vida (LCA): Cuantificación de la huella de carbono y el impacto ambiental en todo el ciclo de vida (productos de material, construcción, uso, EOL/reciclaje).
     • Acero verde: Promoción del acero del horno de arco eléctrico (EAF) utilizando chatarra (CO2 más bajo vs. BF-BOF), exploración de tecnologías de reducción directa basada en hidrógeno (DRI).
     • Integración renovable: La integración más estrecha de los techos de acero con BIPV, transformando edificios en generadores de energía.
   • Aumento de la modularización y prefabricación: Construcción modular que evoluciona hacia edificios más altos (> 10 pisos) y funciones más complejas. Niveles más altos de integración (estructura, envoltura, MEP, acabados).

2. Desafíos:

   • Saldo de costo-rendimiento de protección contra incendios: Los costos de reducción de fuego pueden ser altos, especialmente para estructuras grandes/complejas. Los materiales de alto rendimiento/soluciones de fuego estructural necesitan optimización de costos.
   • Protección a largo plazo en la corrosión severa: Lograr una vida útil muy larga (> 30 años) con bajo mantenimiento en entornos extremos (plantas químicas, aves de corral marinas, alta amonía) sigue siendo desafiante.
   • Habilidades y escasez de trabajo: La demanda de diseñadores de acero estructural calificado, detalladores, inspectores de soldadura y erectores superan la capacidad de entrenamiento.
   • Actualizaciones de estándar y código: Se necesita revisión/desarrollo oportuno de códigos/estándares de diseño, fabricación y erección para acomodar nuevos materiales, tecnologías y sistemas.
   • Percepción de costos iniciales: Superar el enfoque del propietario en el costo inicial del acero (a pesar de los costos del ciclo de vida más bajos y los beneficios superiores) requiere una promoción más fuerte de los principios de costo del ciclo de vida (LCC).

Estructura de acero Los sistemas de columna de haz, aprovechando sus propiedades mecánicas superiores inherentes, un alto potencial para la prefabricación industrial, la velocidad de construcción asombrosa, la adaptabilidad espacial flexible y la excelente sostenibilidad verde, están profundamente integrados en la tela de talleres de almacenamiento modernos, edificios prefabrados y aves de aves. Son el motor central que impulsa estos sectores hacia una mayor eficiencia, una mayor calidad, menores costos y un mejor rendimiento ambiental. En el almacenamiento, crean el espacio sin pilares esencial para una logística eficiente; En la prefabricación, encabezan la revolución de la industrialización; En la agricultura avícola, apuntalan la cría moderna, intensiva y controlada por el medio ambiente.

Mirando hacia el futuro, los avances en materiales de alto rendimiento, tecnologías digitales (BIM, fabricación inteligente, sitios inteligentes), nuevos métodos de conexión y principios verdes continuarán desbloqueando una vitalidad, adaptabilidad y notables beneficios integrales para los sistemas de columna de haz de acero en estos dominios. Las estructuras de acero que incorporan principios "livianos, rápidos, de alta calidad, económicos y verdes" crearán persistentemente el valor central para los espacios de producción, vivos y ecológicos de la sociedad moderna. Para abordar desafíos como la seguridad contra incendios, la protección contra la corrosión, la escasez de mano de obra calificada y la percepción de costos, los esfuerzos concertados de la industria, la academia, la investigación y los usuarios deben fomentar la innovación tecnológica, refinar los estándares y actualizar la mentalidad. Esto desatará completamente el potencial de los sistemas de columna de haz de acero, contribuyendo significativamente a la creación de edificios futuros más seguros, más eficientes, más cómodos y verdaderamente sostenibles.