Clădiri cu structură de oțel: tipuri, costuri și ghid de proiectare

Structură de oțel Clădiri: Răspunsul direct

O clădire cu structură din oțel este un sistem de construcție în care cadrul primar portant, stâlpii, grinzile, fermele și contravântuirile sunt fabricate din oțel structural, mai degrabă decât din beton armat, cherestea sau zidărie. Acest cadru suportă întreaga sarcină moartă, sarcină sub tensiune, sarcina vântului și sarcina seismică a clădirii, în timp ce pereții, acoperișurile și izolația acționează ca materiale de anvelopă neportante atașate la scheletul de oțel. Clădirile cu structură de oțel sunt alese cel mai adesea atunci când un proiect are nevoie de o deschidere liberă largă, un program rapid de ridicare, o fundație mai ușoară și durabilitate pe termen lung la cicluri repetate de încărcare.

Cele mai comune formate sunt cu un singur etaj structuri din oțel cadru portal , clădiri cu mai multe etaje cu cadru de oțel, clădiri cu ferme din oțel pentru hale cu deschidere largă și clădiri modulare din oțel asamblate din golfuri prefabricate. Întinderile clare tipice variază de la 18 metri până la 60 de metri fără coloane interioare, iar înălțimile de streașină sunt de obicei cuprinse între 4,5 metri și 12 metri, în funcție de utilizarea prevăzută, cum ar fi un depozit, un atelier, un hangar de avioane, un gimnaziu sau o clădire agricolă.

În comparație cu construcția din beton turnat pe loc, o clădire cu structură de oțel reduce de obicei perioada totală de construcție cu 30 la sută până la 50 la sută , deoarece stâlpii, grinzile și pane de acoperiș sunt fabricate într-o fabrică și fixate împreună la fața locului, mai degrabă decât turnate și întărite. Cererea de clădiri cu structură de oțel a crescut constant în sectoarele de logistică, producție și agricultură, determinată în mare parte de nevoia de facilități care să poată fi construite rapid, ajustate în dimensiune mai târziu și relocate sau revândute pe măsură ce afacerea își schimbă forma.

Acest ghid acoperă componente structurale, tipuri de clădiri, clase de oțel, considerente eoliene și seismice, factori de cost, protecție împotriva coroziunii, izolație, profile de placare, uși și ventilație, fundații, succesiune a ansamblului, controlul calității, siguranța șantierului, aplicații industriale, reciclabilitate, greșeli frecvente de comandă, întreținere pe termen lung și o secțiune detaliată cu întrebări frecvente.

Ce face o clădire cu structură de oțel diferită

Diferența definitorie dintre o clădire cu structură de oțel și o clădire convențională din beton sau zidărie este modul în care încărcăturile parcurg cadru. Într-o structură de oțel, forțele sunt concentrate în elementele subțiri conectate la îmbinări discrete, stâlpi, căpriori, pane și tije de contravântuire, mai degrabă decât distribuite printr-o masă continuă de beton. Acest lucru permite atingerea aceleiași capacități portante cu mult mai puțină greutate proprie.

Avantaj greutate-tărie

Oțelul de structură are un raport rezistență-greutate mult mai mare decât betonul armat cu o capacitate de încărcare comparabilă. O clădire cu cadru de portal de oțel de o anumită deschidere cântărește de obicei Cu 60% până la 70% mai puțin decât un cadru echivalent din beton armat, care reduce direct dimensiunea fundației, costul fundației și sarcina transmisă solului. Acest lucru contează cel mai mult pe site-urile cu capacitate de susținere a solului slabă sau variabilă, unde o structură mai ușoară permite utilizarea unor baze izolate simple în loc de piloni adânci.

Precizie dimensională

Elementele din oțel sunt tăiate, găurite și sudate într-un mediu controlat din fabrică folosind echipamente CNC de tăiere cu plasmă sau laser, ținând toleranțe de câțiva milimetri pe un element lung de câțiva metri. Această precizie înseamnă că îmbinările șuruburilor la șantier se aliniază corect de prima dată, reducând reprelucrarea care este comună cu cofrajele din beton turnate pe loc, unde variația dimensională depinde în mare măsură de calitatea cofrajului și de tehnica de turnare.

Viteza de fabricație în comparație cu betonul turnat

Deoarece elementele din oțel sunt produse în afara șantierului în timp ce lucrările de fundație se desfășoară în paralel, cronologia generală a proiectului se comprimă semnificativ. Un cadru de beton trebuie să aștepte instalarea cofrajului, amplasarea armăturilor, turnarea betonului și o perioadă de întărire înainte ca următorul etaj sau compartiment să poată continua, în timp ce un cadru de oțel poate fi livrat și ridicat imediat ce șuruburile de ancorare sunt fixate și betonul de fundație atinge o rezistență adecvată.

Flexibilitate de proiectare pentru schimbările de utilizare viitoare

Deoarece conexiunile din oțel sunt înșurubate mai degrabă decât turnate monolit, amenajările interioare pot fi modificate ulterior cu mult mai puține întreruperi. Podelele de mezanin, traurile suplimentare, deschiderile de uși noi sau grinzile de rulare a macaralei pot fi adesea adăugate la o clădire cu structură de oțel existentă cu armături țintite, ceva care este mult mai perturbator și mai costisitor de realizat în interiorul unui cadru solid din beton.

Tipuri comune de clădiri cu structură de oțel

Clădirile cu structură de oțel se încadrează într-un număr mic de sisteme structurale bine stabilite, fiecare potrivit pentru o deschidere, înălțime și profil de încărcare diferite. Alegerea din timp a tipului potrivit evită reproiectarea costisitoare ulterioară în proiect.

Structuri din oțel cadru portal — clădiri cu un singur etaj care folosesc căpriori înclinați sau cu pas puțin adânc, fixați pe coloane, cel mai frecvent pentru depozite, fabrici și magazii de vânzare cu amănuntul.
Clădiri cu ferme din oțel — elemente de coardă de sus și de jos triangulate care se întind pe distanțe mari cu material minim, tipic pentru săli de sport, săli de expoziție și hangare de avioane.
Clădiri cu mai multe etaje cu rame din oțel — grinzi cu grinzi și stâlpi cu podele compozite, utilizate pentru birouri, structuri de parcare și amenajări cu utilizare mixtă.
Structuri de cadru spațial — sisteme de zăbrele tridimensionale care distribuie sarcina în mai multe direcții, alese pentru deschideri fără coloane de peste 40 de metri, cum ar fi acoperișurile stadionelor.
Clădiri modulare din oțel — compartimente sau containere pre-asamblate conectate la fața locului, preferate pentru instalații temporare, birouri de șantier și clădiri care necesită o relocare rapidă.
Clădiri din oțel prefabricate — sisteme complet optimizate în care coloanele, căpriorii, panele și placarea sunt proiectate împreună ca un singur pachet, mai degrabă decât asamblate din componente din surse separate, reducând atât utilizarea materialului, cât și timpul de proiectare.

Moment Frame vs Braced Frame Layout

În cadrul acestor tipuri de clădiri, sistemul de rezistență la sarcină laterală este de obicei fie un cadru de moment, în care conexiunile stâlp la căpriori sunt suficient de rigide pentru a rezista la îndoire fără contravântuire diagonală, fie un cadru contravântuit, în care tijele diagonale sau elementele unghiulare suportă sarcini laterale, în timp ce îmbinările grindă-coloană rămân mai simple. Cadrele momente mențin liniile de perete libere de contravântuiri vizibile, ceea ce se potrivește clădirilor care au nevoie de deschideri mari de uși de-a lungul fiecărui perete, în timp ce cadrele contravântuite sunt în general mai economice atunci când unii pereți pot găzdui elemente diagonale vizibile.

Intervalele tipice de deschidere și înălțime în funcție de tipul de clădire cu structură de oțel
Tip clădire	Interval clar tipic	Înălțimea tipică de streașină
Cadru portal	18m - 40m	4,5m - 9m
Structură în sârmă	30m - 60m	8m - 15m
Cadru cu mai multe etaje	6m - 12m per golf	3m - 4m pe etaj
Cadru spațial	40m - 120m	10m - 25m
Clădire modulară	3m - 12m	2,4 m - 3,6 m

Clasele de oțel și specificațiile materialelor

Calitatea de oțel specificată pentru elementele primare și secundare ale unei clădiri determină în mod direct cât de mult material este necesar pentru a transporta o anumită sarcină, iar cumpărătorii care înțeleg terminologia de bază ale calității pot compara cotațiile mult mai precis.

Clase comune de oțel structural

Elementele primare ale cadrului sunt de obicei specificate în grade cu o limită de curgere în jur 235 MPa până la 355 MPa , adesea etichetat ca Q235, Q355, S235 sau S355, în funcție de standardul regional utilizat. Gradele de curgere mai ridicate permit utilizarea plăcii mai subțiri pentru aceeași sarcină, reducând tonajul total, deși placa mai subțire poate fi mai sensibilă la flambajul local și necesită, de obicei, o detaliere mai atentă a rigidizării.

Grosimea plăcii și greutatea secțiunii

Grosimea plăcii de flanșă a stâlpilor și a căpriorii pentru cadrele de portal tipice cu un singur etaj variază de obicei de la 6 milimetri până la 20 de milimetri , cu placă de inele ușor mai subțire decât placa de flanșă în secțiuni sudate conice. Pane și brațele sunt de obicei formate din tablă de oțel cu grosimea cuprinsă între 1,5 și 3 milimetri, deoarece dimensiunile lor și cerințele de sarcină sunt mult mai mici decât elementele primare.

Elemente primare sudate vs laminate la cald

Coloanele primare și căpriorii sunt produse fie ca secțiuni standard laminate la cald, fie ca secțiuni montate sudate tăiate din placă plană și îmbinate prin sudare automată cu arc scufundat. Secțiunile conice sudate permit producătorului să potrivească adâncimea elementului cu momentul de încovoiere în fiecare punct de-a lungul cadrului, economisind adesea material în comparație cu o secțiune laminată la cald cu adâncime constantă, acesta fiind unul dintre motivele pentru care cadrele sudate conice domină piața construcțiilor de portal de mijloc.

Componentele structurale explicate

Fiecare clădire cu structură de oțel, indiferent de tip, este construită dintr-un set repetat de elemente. Înțelegerea a ceea ce face fiecare componentă îi ajută pe cumpărători să citească un desen structural și să compare ofertele de la diferiți producători în condiții egale.

Cadru primar: coloane și căpriori

Stâlpii transferă sarcinile verticale de la acoperiș în jos la fundație, în timp ce căpriorii, uneori numite grinzi, se întind orizontal sau pe o pantă între stâlpi pentru a transporta sarcinile pe acoperiș. Elementele primare sunt de obicei secțiuni în H laminate la cald sau secțiuni în I conice sudate, cu secțiuni conice utilizate pentru a se potrivi cu diagrama momentului de încovoiere și pentru a economisi greutatea oțelului la capetele cu efort redus ale elementului.

Membrii secundari: Pane și Grături

Pane se desfășoară de-a lungul pantei acoperișului între căpriori pentru a susține foile acoperișului, iar traversele se desfășoară de-a lungul pereților dintre stâlpi pentru a susține placarea pereților. Acestea sunt de obicei secțiuni în C sau secțiuni Z formate la rece, alese deoarece forma lor poate fi imbricată pentru un transport eficient și pentru că sunt mai ușoare decât secțiunile laminate la cald, îndeplinind în același timp cerințele de încărcare mai scăzute ale cadrului secundar.

Sisteme de contravântuire

Tijele de contravântuire, contravântuirea unghiulară sau contravântuirea portalului rezistă forțelor laterale de la vânt și activitatea seismică pe care cadrul principal nu le poate gestiona singur în direcția de-a lungul lungimii clădirii. Fără o contravântuire adecvată, o clădire cu structură de oțel poate strânge lateral sub sarcina vântului, chiar dacă cadrele portalului în sine rămân stabile în direcția secțiunii transversale.

Plăci de bază și conexiuni cu șuruburi de ancorare

Plăcile de bază sunt plăci groase de oțel sudate la partea inferioară a fiecărei coloane și fixate cu șuruburi la fundație prin șuruburi de ancorare încorporate în beton. Placa de bază împrăștie sarcina concentrată a coloanei pe o suprafață de fundație mai mare și, în modelele de cadru de moment, trebuie să fie dimensionată și prinsă cu șuruburi pentru a rezista la un moment de încovoiere, precum și la încărcare verticală, nu doar o simplă reacție verticală.

Grinzi de macara și sisteme de piste

Clădirile care necesită manipulare aeriană a materialelor includ grinzi de macara, numite și grinzi de rulare a macaralei, montate pe suporturi atașate la stâlpii principali. Încărcarea macaralei introduce stres repetat de oboseală asupra cadrului, care este diferit de încărcarea statică de vânt sau zăpadă, astfel încât coloanele care susțin macaralele sunt de obicei mai grele și utilizează rigidizare suplimentară în comparație cu stâlpii dintr-o clădire fără macara de aceeași deschidere.

Sarcina vântului și considerații de proiectare seismică

Deoarece clădirile cu structură de oțel sunt mai ușoare decât echivalentele din beton și au adesea acoperișuri mari cu deschidere liberă, încărcarea vântului și comportamentul seismic necesită o atenție atentă în timpul etapei de proiectare, mai degrabă decât să fie tratate ca o idee ulterioară.

Ridicarea vântului pe acoperișuri cu deschidere largă

Acoperișurile late, cu panta mică generează o aspirație semnificativă în sus pe partea sub vânt și la colțurile acoperișului în timpul evenimentelor de vânt puternic, care poate depăși forța în jos a propriei greutăți a acoperișului. Conexiunile pane-capriori și elementele de fixare pentru acoperiș în aceste zone sunt de obicei specificate la o distanță mai mică decât câmpul general al acoperișului pentru a rezista la această presiune de ridicare localizată.

Răspunsul seismic al ramelor de oțel

Oțelul este un material ductil, ceea ce înseamnă că se poate deforma vizibil înainte de fracturare, ceea ce permite unui cadru de oțel bine detaliat să absoarbă energia seismică prin cedare controlată, mai degrabă decât prin defecțiune bruscă fragilă. Această ductilitate este unul dintre motivele pentru care clădirile cu structuri de oțel sunt frecvent favorizate în regiunile cu activitate seismică semnificativă, cu condiția ca detaliile de conectare să fie concepute pentru a permite ca cedarea să aibă loc într-o locație previzibilă, controlată, mai degrabă decât într-un grup de sudură sau șuruburi care ar putea eșua brusc.

Interacțiunea încărcăturii cu zăpadă și a înclinării acoperișului

Înclinarea acoperișului afectează în mod direct cantitatea de zăpadă care se acumulează înainte de alunecare, astfel încât clădirile din regiunile cu zăpadă abundentă utilizează de obicei o înclinare mai abruptă sau o distanță mai mare a panei decât clădirile cu climă blândă cu o deschidere identică. Ignorarea datelor regionale privind încărcarea de zăpadă în timpul proiectării este una dintre erorile mai frecvente și mai costisitoare în achiziționarea clădirilor cu structuri de oțel, deoarece modernizarea unui acoperiș pentru încărcarea de zăpadă subestimată după construcție este mult mai costisitoare decât specificarea corectă de la început.

Structură din oțel vs construcție tradițională din beton

Alegerea între o clădire cu structură de oțel și o clădire din beton armat se rezumă de obicei la cerințele de acoperire, programul de construcție, condițiile solului șantierului și flexibilitatea pe termen lung pentru extindere sau reconfigurare.

Comparația generală a clădirilor cu structură de oțel față de construcția din beton armat
Factorul	Structură de oțel	Beton armat
Viteza de construcție	Rapid, înșurubat pe șantier	Mai lent, este necesară întărirea
Interval maxim de deschidere	Până la 60 m sau mai mult	De obicei, sub 20 m
Greutate structurală	Fond de ten mai ușor, mai mic	Fond de ten mai greu, mai mare
Extindere viitoare	Prelungire simplă a golfului	Greu, necesită demolare
Clasament de rezistență la foc	Necesită ignifugare suplimentară	Inerent mai mare
Eficiență de susținere a greutății	Raport mare rezistență-greutate	Raport rezistență-greutate mai scăzut
Performanta acustica	Necesită căptușeală acustică adăugată	Amortizare a masei în mod natural mai mare

Când construcția din beton încă câștigă

Betonul rămâne alegerea mai puternică pentru subsoluri, structuri de reținere a apei, miezuri înalte care necesită rezistență inerentă la foc fără ignifugare adăugată și clădiri în care masa în sine este dorită pentru izolare acustică sau amortizare a vibrațiilor, cum ar fi anumite fabrici de laborator sau de precizie.

Factori de cost și prețuri pe metru pătrat

Costul construcției structurii de oțel este determinat în principal de tonaj de oțel, gradul de placare a acoperișului și pereților, grosimea izolației, cerințele de încărcare a macaralei și accesibilitatea șantierului. Ca o gamă de planificare generală, un depozit cu un singur etaj fără finisaje interioare se află de obicei între ele 45 USD și 120 USD pe metru pătrat pentru cadrul din oțel și pachetul de placare de bază, înainte de a adăuga fundații, uși, lucrări electrice și finisaje interioare. Clădirile cu încărcătură de zăpadă mai grea, poduri de macara sau placare cu panouri sandwich izolate se deplasează spre capătul superior al intervalului respectiv sau dincolo de acesta.

Tonajul de oțel pe metru pătrat

În mod obișnuit, folosește un depozit simplu cu cadru portal, cu o deschidere de 24 de metri și încărcare moderată 15 kilograme până la 25 kilograme de oțel pe metru pătrat de suprafata acoperita. Lucrări mai largi, capacități mai mari ale macaralei sau zone mai puternice de vânt și zăpadă cresc această cifră, uneori la 35 de kilograme pe metru pătrat sau mai mult, deoarece secțiunile de căpriori și coloane trebuie să crească pentru a rezista momentelor de încovoiere mai mari.

Partajarea costurilor de placare și izolație

Acoperișul și placarea pereților, izolația, jgheabul și slipurile reprezintă de obicei 30 la sută până la 40 la sută din costul total al construcției livrate, aproximativ comparabil cu cadrul de oțel în sine. Alegerea foliei cu o singură piele cu pătură izolatoare separată este mai ieftină în avans decât panourile sandwich izolate, dar panourile sandwich reduc timpul de muncă la fața locului și, în general, funcționează mai bine pentru eficiența termică pe termen lung.

Variația regională a costurilor

Costul construcției structurii de oțel pe metru pătrat variază considerabil între regiuni din cauza diferențelor dintre prețul oțelului brut, ratele forței de muncă, distanța de transport de la fabrica de fabricare și cerințele locale de încărcare a vântului sau a zăpezii. Proiectele de coastă care necesită specificații mai ridicate de protecție împotriva coroziunii sau locații interioare îndepărtate, cu costuri de transport ridicate, se situează de obicei peste prețul mediu național chiar și atunci când designul clădirii în sine este standard.

Costuri ascunse Cumpărătorii adesea dor

Elementele rămase în mod obișnuit dintr-o ofertă inițială doar pentru cadru includ nivelarea și compactarea șantierului, armarea fundației și betonul, ușile pentru personal și ușile cu role, jgheaburile și conductele de scurgere, panourile de iluminat translucide pentru acoperiș și instalațiile electrice. Cumpărătorii care solicită o cotație detaliată care să acopere aceste articole de domeniu evită surprizele bugetare mai târziu în proiect.

Protecție împotriva coroziunii și sisteme de acoperire

Oțelul structural neacoperit se corodează atunci când este expus la umiditate și oxigen, astfel încât fiecare clădire cu structură de oțel are nevoie de un sistem de acoperire potrivit cu mediul său. Alegerea stratului de acoperire este una dintre deciziile cele mai trecute cu vederea în procesul de cumpărare, dar determină câte decenii va rezista cadrul înainte de a fi nevoie de o revopsire majoră.

Galvanizare la cald — o acoperire de zinc aplicată prin imersarea oțelului în zinc topit, care oferă în mod obișnuit 25 până la 50 de ani de protecție, în funcție de grosimea acoperirii și de expunerea la atmosferă.
Grund epoxidic cu strat superior din poliuretan — un sistem de vopsea în două sau trei straturi, utilizat în cazul în care finisarea culorii și rezistența chimică contează, frecvente pe elementele structurale vizibile.
Grund bogat în zinc — aplicat înaintea vopselei de top pentru a oferi protecție sacrificială la zgârieturi și zonele de sudură în care stratul de bază a fost deranjat.
Acoperire duplex — galvanizare combinată cu un strat de vopsea, oferind cea mai lungă durată de viață pentru atmosfere de coastă sau industriale cu umiditate ridicată sau sare în aer.

Măsurarea grosimii acoperirii

Performanța acoperirii este în mod normal verificată folosind un indicator de grosime a filmului uscat, măsurat în microni, în mai multe puncte de-a lungul fiecărui element după ce acoperirea este terminată. Un strat galvanizat din gama de 70 până la 100 de microni este tipic pentru secțiunile structurale, în timp ce un sistem duplex poate combina 70 de microni de zinc cu încă 120 până la 160 de microni de peliculă de vopsea pentru cele mai dure medii.

Potrivirea stratului de acoperire la expunerea mediului

Locurile de coastă, fabricile chimice și locațiile cu poluare industrială intensă accelerează semnificativ ratele de coroziune în comparație cu siturile uscate din interior, astfel încât specificațiile de acoperire ar trebui să facă întotdeauna referire la mediul real al amplasamentului, mai degrabă decât un standard general. O clădire amplasată la câțiva kilometri de o coastă sau într-o instalație care manipulează substanțe chimice corozive garantează, de obicei, cea mai înaltă categorie de protecție disponibilă, deoarece costul incremental al îmbunătățirii acoperirii în faza de proiectare este minor în comparație cu costul acoperirii unei clădiri ocupate ani mai târziu.

Izolație și performanță termică

Deoarece anvelopa unei clădiri cu structură de oțel este de obicei o placare metalică subțire, mai degrabă decât zidărie groasă, alegerea izolației are un efect exagerat asupra stabilității temperaturii interioare și asupra consumului de energie pentru încălzire și răcire.

Panouri izolate sandwich

Panourile sandwich combină un miez de spumă rigidă, de obicei poliuretan sau vată minerală, între două învelișuri metalice subțiri. Un panou de miez din poliuretan de 50 de milimetri realizează de obicei o transmisie termică în jur 0,4 până la 0,5 W/m²K , în timp ce un panou de miez de 100 de milimetri poate reduce acest lucru la aproximativ 0,2 W/m²K , reducând semnificativ sarcinile de încălzire și răcire în clădirile climatizate.

Pătură din fibră de sticlă între pane

Izolația cu pătură din fibră de sticlă așezată între pane sub acoperișul cu o singură piele este o alternativă mai ieftină, în general potrivită pentru clădirile fără cerințe stricte de temperatură internă, cum ar fi depozitele de depozitare de bază, deși funcționează mai puțin constant decât panourile sandwich odată comprimate în punctele de fixare.

Bariere de vapori și controlul condensului

Aerul intern cald și umed care ajunge la partea inferioară rece a foii metalice de acoperiș se poate condensa și picura pe bunurile sau echipamentele depozitate, astfel încât un strat de barieră de vapori este instalat în mod normal pe partea caldă a izolației păturii pentru a opri migrarea umidității în izolație și cavitatea acoperișului. Clădirile care depozitează bunuri sensibile la umiditate sau situate în climă umedă beneficiază de o barieră de vapori continuă, bine etanșată, mult mai mult decât pur și simplu adăugarea unei grosimi suplimentare de izolație.

Profilele de placare a acoperișului și a pereților explicate

Profilul de placare ales pentru foile de acoperiș și panourile de perete afectează performanța de scurgere a apei, rezistența la ridicarea vântului și aspectul vizual al clădirii finisate cu structură de oțel.

Plăci cu profil trapezoidal

Profilele trapezoidale au panouri largi, plate între nervurile înalte în formă de trapez, oferind o bună rigiditate pentru o distanță mai lungă a panei și un drenaj eficient al apei pe acoperișurile cu înclinare joasă. Acest profil este cea mai utilizată opțiune de acoperiș pentru clădirile industriale și agricole cu structuri din oțel, datorită echilibrului său între cost, rezistență și lățime de acoperire.

Acoperiș cu cusătură în picioare

Panourile cu cusături în picioare folosesc cusături înălțate, interblocate mecanic, mai degrabă decât elemente de fixare expuse, ceea ce reduce riscul de apariție a scurgerilor în punctele de fixare în timp. Acest sistem costă în mod obișnuit mai mult pe metru pătrat decât foile cu elemente de fixare expuse, dar este preferat pentru clădirile cu înclinație foarte mică a acoperișului sau zone cu ridicare a vântului puternic, unde retragerea elementelor de fixare este un risc mai mare.

Panouri de iluminat translucide

Panourile translucide armate cu fibră de sticlă pot fi instalate în același profil ca și placa de metal înconjurătoare pentru a permite lumina naturală, fără accesorii electrice suplimentare. O indemnizație comună este aproximativ 2 la 4 la sută din suprafața totală a acoperișului în panouri translucide, care este de obicei suficientă pentru a reduce considerabil consumul de energie de iluminat în timpul zilei într-un depozit, fără a crea un câștig excesiv de căldură.

Usi, ferestre si optiuni de ventilatie

Deschiderile din anvelopa unei clădiri cu structură de oțel trebuie să fie planificate în designul cadrului încă de la început, deoarece deschiderile mari ale ușilor și ferestrelor întrerup aranjarea continuă a contravântuirii și a peretelui pe care se bazează cadrul pentru stabilitatea laterală.

Usi rulante si usi glisante

Ușile ruloului și ușile glisante sunt cele mai comune puncte de acces pentru vehicule și echipamente, cu grinzi frontale deasupra deschiderii concepute pentru a transfera sarcina vântului din perete în jurul deschiderii înapoi în cadrul principal. Deschiderile largi pentru accesul camioanelor sau ușile hangarului de avioane necesită membri suplimentari ai ramei și, uneori, un compartiment dedicat pentru cadru portal pentru a transporta încărcăturile redirecționate.

Ventilație de creastă și ventilație pentru turbine

O ventilație continuă de-a lungul vârfului acoperișului sau orificiile de ventilație distanțate ale turbinei permit aerului cald care urcă în mod natural în interiorul clădirii să scape, reducând acumularea temperaturii interioare în clădirile fără aer condiționat mecanic. Această abordare de ventilație pasivă este utilizată pe scară largă în clădirile agricole și depozitele generale de depozitare unde nu este necesară menținerea unei temperaturi interioare precise.

Grile de perete pentru ventilație mecanică

Clădirile cu surse de căldură de proces, cum ar fi echipamentele de producție, adaugă adesea deschideri de perete cu jaluzele asociate cu ventilatoare de extracție pentru a extrage în mod activ aerul cald la nivel înalt, în timp ce aspiră aer de înlocuire mai rece la nivelul podelei, oferind un control mult mai consistent al temperaturii decât ventilația pasivă singură.

Cerințe de pregătire a fundației și a șantierului

Chiar dacă clădirile cu structură de oțel sunt mai ușoare decât alternativele cu cadru din beton, proiectarea fundației depinde în continuare în mare măsură de capacitatea de susținere a solului local, nivelul apei subterane și încărcarea coloanei din forțele vântului și ale macaralei.

Socluri izolate

Cea mai obișnuită fundație pentru o clădire cu structură de oțel este un suport izolat din beton armat sub fiecare coloană, dimensionat în funcție de sarcinile de reacție a coloanei calculate din analiza cadrului. Pe un sol cu o capacitate portantă rezonabilă, suporturile de suport sunt cea mai rapidă și mai puțin costisitoare opțiune de fundație.

Dispunerea bolțului de ancorare

Șuruburile de ancorare încorporate în fundație trebuie să se potrivească exact cu modelul de găuri al plăcii de bază furnizat de producătorul de oțel, deoarece un grup de șuruburi de ancorare nealiniat nu poate fi corectat odată ce betonul s-a întărit. Coordonarea planului de fixare a șuruburilor de ancorare între antreprenorul de fundație și furnizorul de oțel înainte de turnarea betonului este unul dintre cele mai importante puncte de control al calității din întregul proiect.

Considerații privind plăcile pe nivel

Placa interioară a podelei este, de obicei, un element structural separat de picioarele coloanei, turnat după ce cadrul de oțel este ridicat și acoperișul este etanș la apă. Grosimea plăcii de pardoseală și armătura depind în mare măsură de încărcarea anticipată a podelei, cum ar fi încărcăturile punctuale ale piciorului de rafturi sau încărcăturile pe roți ale stivuitorului, și ar trebui specificate pe baza datelor reale ale echipamentului, mai degrabă decât pe baza standard industrial generic.

Cronologia construcției și secvența de asamblare

O clădire tipică cu structură de oțel de dimensiuni medii, în intervalul de 2.000 până la 5.000 de metri pătrați, urmează o ordine de asamblare previzibilă odată ce fundațiile s-au întărit.

Șuruburile de ancorare sunt fixate și betonul de fundație este întărit la rezistența proiectată.
Coloanele primare sunt ridicate și împodobite temporar cu cabluri sau suporturi.
Căpriorii sau fermele sunt ridicate la locul lor și fixate cu șuruburi pe vârfurile coloanei.
Tijele de contravântuire permanente și contravântuirea portalului sunt instalate și tensionate.
Pane și brațuri sunt fixate pentru a completa grila de încadrare secundară.
Acoperișul și placarea pereților, jgheaburile și slipurile sunt instalate ultimele.

Pentru o clădire de această dimensiune, în mod obișnuit, este nevoie doar de montarea la fața locului a cadrului de oțel 3 până la 6 săptămâni cu un echipaj obișnuit de montaj, în timp ce finalizarea completă, inclusiv placarea, ușile și serviciile, adaugă de obicei încă 4 până la 10 săptămâni, în funcție de domeniul de finisare interioară.

Factori care întârzie de obicei asamblarea

Cele mai frecvente cauze ale alunecării programului sunt întărirea incompletă a fundației înainte de livrarea cadrului, șuruburi lipsă sau incorecte descoperite în timpul montajului, zilele cu vânt puternic care opresc operațiunile de ridicare a macaralei și livrarea întârziată a materialelor de placare care lasă un cadru ridicat expus la intemperii mai mult decât era planificat. Confirmarea unui număr complet de șuruburi și elemente de fixare pe lista de ambalare înainte ca echipa de montaj să se mobilizeze evită cea mai frecventă dintre aceste întârzieri.

Aplicații în diverse industrii

Clădirile cu structură de oțel sunt utilizate într-o gamă foarte largă de industrii, deoarece aceeași tehnologie a cadrului de bază poate fi adaptată la aproape orice cerință de deschidere, înălțime și sarcină.

Logistica si depozitare — centre de distribuție care necesită deschideri largi libere pentru culoarele de rafturi și mișcarea stivuitoarelor.
Uzini de productie — cladiri de fabrici cu poduri rulante pentru manipularea utilajelor grele sau a materiilor prime.
Clădiri agricole — adăpostirea animalelor, depozitarea cerealelor și halele de mașini care au nevoie de cadre rezistente la coroziune și cu întreținere redusă.
Facilități sportive și de recreere — săli de sport și arene interioare care necesită spațiu fără coloane pentru amenajarea terenurilor.
Facilități de aviație — hangare de aeronave care necesită deschideri de uși extrem de largi și înălțimi libere înalte.
Comerț cu amănuntul — magazine de vânzare cu amănuntul de tip big-box și showroom-uri care beneficiază de etaje de vânzare deschise fără coloane interioare.
Lanțul rece și prelucrarea alimentelor — clădiri izolate cu structură de oțel care găzduiesc linii frigorifice de depozitare și procesare unde sunt necesare finisaje igienice ale panourilor de perete.
Instalații de energie regenerabilă — clădiri de întreținere și operare la instalațiile solare și eoliene, adesea construite rapid pentru a sprijini activitatea în faza inițială a șantierului.

Controlul calității în timpul fabricării

Deoarece majoritatea componentelor unei clădiri din oțel sunt produse în afara șantierului, controlul calității în faza de fabricație are un impact mult mai mare asupra performanței finale a clădirii decât poate observa doar inspecția pe șantier după fapt.

Inspecția sudurii

Conexiunile sudate în elementele primare, cum ar fi îmbinările dintre flanșă și plăcile de inimă într-o secțiune conică construită, sunt de obicei verificate prin inspecție vizuală pentru profilul de sudură și decupaj, cu teste ultrasonice aplicate sudurilor critice cu penetrare completă pentru a detecta defectele interne care nu sunt vizibile de la suprafață.

Verificare dimensională înainte de expediere

Înainte ca un cadru să fie împachetat și expediat, producătorii de obicei testează coloanele și căpriorii sau măsoară dimensiunile critice, cum ar fi lungimea totală, distanța dintre orificiile șuruburilor și planeitatea plăcii de bază, în raport cu desenul aprobat, observând erori în timp ce corectarea este încă simplă, mai degrabă decât după ce membrii ajung la locul.

Verificarea acoperirii înainte de expediere

Grosimea stratului de acoperire și aderența sunt de obicei verificate înainte ca elementele să părăsească fabrica, deoarece defecte precum acoperirea subțire la marginile ascuțite sau retușurile nedorite la zonele de sudură sunt mult mai ușor și mai ieftin de corectat într-un mediu de magazin controlat decât după ce rama este pe șantier.

Siguranța șantierului în timpul montajului din oțel

Ridicarea unei clădiri cu structură de oțel implică ridicarea elementelor grele la înălțime, așa că o secvență disciplinată de contravântuiri temporare și ridicare controlată este esențială pe tot parcursul procesului.

Contravântuirea temporară înainte de instalarea contravântuirii permanente

Coloanele și căpriorii nou ridicate sunt în mod inerent instabile până când tijele de contravântuire permanente sunt complet tensionate, astfel încât sunt folosite contravântuiri temporare pentru cabluri sau suporturi pentru a menține cadrul parțial construit împotriva rafalelor de vânt și a mișcării macaralei în timpul montajului.

Planificarea ridicării macaralei

Fiecare ridicare majoră, în special căpriori sau ferme cu deschidere lungă, este planificată în avans cu punctele corecte de montare, capacitatea macaralei pentru lungimea și raza necesară a brațului și confirmarea faptului că viteza vântului în ziua respectivă rămâne în limitele de operare ale producătorului macaralei pentru membrul ridicat.

Lucrul la controlul înălțimii

Conexiunile cu șuruburi în partea superioară a stâlpilor și de-a lungul panelor de acoperiș necesită personal care lucrează la înălțime, astfel încât hamurile, punctele de ancorare și protecția marginilor evaluate corespunzător sunt utilizate pe tot parcursul ansamblului acoperișului și a peretelui superior până când protecția permanentă împotriva căderii sau pasarelele de acces sigure sunt la locul lor.

Sustenabilitate și reciclare

Oțelul structural este unul dintre cele mai reciclate materiale de construcție din lume, iar acest lucru are un efect direct asupra amprentei de mediu a clădirilor cu structuri din oțel pe parcursul întregului ciclu de viață al acestora. Oțelul poate fi topit și transformat în noi secțiuni în mod repetat, fără a pierde performanța mecanică, spre deosebire de beton, care este în general reciclat în agregate de calitate scăzută, mai degrabă decât reformat în noi elemente structurale.

Dincolo de reciclabilitate, clădirile cu structură de oțel reduc, de asemenea, risipa de material în timpul construcției în sine, deoarece elementele sosesc pretăiate și pre-găurite la dimensiuni exacte din atelierul de fabricație, evitând deșeurile de lemn de cofraj și surplusul de beton tipic construcțiilor turnate pe loc. La sfârșitul duratei de viață a unei clădiri, un cadru de oțel poate fi, de asemenea, dezasamblat și, în multe cazuri, reutilizat direct într-o locație nouă, mai degrabă decât demolat.

Considerații de carbon încorporat

Carbonul încorporat al unei clădiri cu structură de oțel este concentrat în etapa de fabricație a oțelului, mai degrabă decât în activitatea de construcție la fața locului, astfel încât specificarea oțelului produs cu un conținut mai ridicat de reciclat, atunci când aceste informații sunt disponibile de la furnizor, poate scădea semnificativ cifra totală de carbon încorporat a clădirii fără nicio modificare a designului structural în sine.

Greșeli frecvente de evitat la comanda

O serie de greșeli care pot fi evitate reprezintă majoritatea disputelor și depășirilor de costuri observate în proiectele de construcție cu structuri din oțel și fiecare este ușor de prevenit cu o mică cantitate de planificare în avans.

Subestimarea datelor locale de vânt și zăpadă , ceea ce duce la un cadru care ulterior trebuie consolidat la un cost suplimentar semnificativ.
Sari peste investigarea solului , rezultând în proiecte de fundație care presupun o capacitate portantă mai bună decât oferă de fapt amplasamentul.
Alegerea specificațiilor de acoperire numai după preț , în loc să-l potriviți cu categoria de corozivitate reală a site-ului.
Eșecul de a planifica extinderea viitoare în faza de proiectare, ceea ce face ca adăugările ulterioare ale golfului să fie mult mai costisitoare de proiectat.
Nu se confirmă coordonatele bolțului de ancorare față de desenele producătorului de oțel înainte de turnarea fundației.

Program de întreținere pe termen lung

O clădire cu structură de oțel necesită relativ puțină întreținere în comparație cu alte tipuri de clădiri, dar un număr mic de verificări programate prelungesc semnificativ durata de viață.

Intervalele de inspecție recomandate pentru clădirile cu structură de oțel
Articol	Interval de inspecție
Elemente de fixare pentru acoperiș și pereți	La fiecare 12 luni
Degajarea jgheabului și a burlanelor	La fiecare 6 luni
Stare de vopsea sau galvanizare	La fiecare 3 până la 5 ani
Verificarea cuplului conexiunii cu șuruburi	La fiecare 5 ani
Verificarea fundației și a plăcii de bază	La fiecare 5 până la 10 ani

Semne de avertizare care necesită atenție promptă

Sângerarea vizibilă a ruginii prin pelicula de vopsea, apă înfundată pe zonele de acoperiș cu înclinație joasă, elementele de fixare a placajului slăbite care zdrăngănesc în timpul vântului și orice înclinare vizibilă sau nealiniere la conexiunile cu șuruburi sunt semne care ar trebui să determine o inspecție profesională promptă, mai degrabă decât să fie lăsate până la următoarea verificare programată.

Întrebări frecvente

Cât durează o clădire cu structură de oțel?

Cu o acoperire adecvată și întreținere regulată, o clădire cu structură de oțel bine proiectată durează de obicei 40 până la 60 de ani sau mai mult, cadrul în sine supraviețuind adesea placajului original, care poate necesita înlocuire după 20 până la 30 de ani.

O clădire cu structură de oțel poate fi extinsă ulterior?

Da. Unul dintre principalele avantaje ale unui sistem de cadru portal cu șuruburi este că, de obicei, pot fi adăugate trauri suplimentare la un capăt al clădirii, cu condiția ca fundația și cadrul inițial să fi fost proiectate având în vedere extinderea viitoare sau cu o întărire minoră a travei de capăt.

Este o clădire cu structură de oțel potrivită pentru climatele reci?

Da, cu condiția ca cadrul să fie proiectat pentru încărcătura specifică de zăpadă a șantierului, iar anvelopa să includă izolație adecvată. Modelele cu climă rece folosesc de obicei pane mai grele și distanțe mai apropiate dintre pane pentru a gestiona acumularea mai mare de zăpadă pe acoperiș.

Care este diferența dintre elementele din oțel laminate la cald și formate la rece?

Secțiunile laminate la cald sunt produse la temperatură ridicată în forme mai groase de I sau H și utilizate pentru stâlpi primari și căpriori, în timp ce secțiunile formate la rece sunt laminate din tablă de oțel mai subțire la temperatura camerei în forme de C sau Z și utilizate pentru elemente secundare mai ușoare, cum ar fi pane și brațe.

Clădirile din oțel au nevoie de ignifugare?

Oțelul neprotejat își pierde rezistența rapid la temperaturi ridicate, astfel încât clădirile cu etaje superioare ocupate, depozitare densă sau cerințe specifice de rezistență la foc adaugă în mod obișnuit strat intumescent sau placă rezistentă la foc elementelor primare, în timp ce clădirile simple de depozitare cu un singur etaj nu necesită adesea ignifugare suplimentară.

Cât de mult afectează starea solului costul fundației?

Starea solului poate modifica semnificativ costul fundației. Site-urile cu sol ferm, bine drenat au nevoie deseori doar de baze simple, în timp ce site-urile cu argilă moale, pânză freatică înaltă sau material de umplutură pot necesita grămadă sau îmbunătățirea solului, ceea ce poate adăuga o pondere substanțială la costul total al proiectului.

Ce pantă a acoperișului este tipică pentru o clădire cu structură de oțel?

Majoritatea clădirilor cu structură de oțel cu cadru portal utilizează o pantă între acoperiș 5 grade și 10 grade , care echilibrează drenajul eficient al apei de ploaie cu reducerea la minimum a volumului interior al clădirii și a suprafeței de placare.

Cum este protejat cadrul de oțel împotriva loviturilor de trăsnet?

Deoarece cadrul de oțel este continuu din punct de vedere electric și lipit de fundație prin șuruburi de ancorare, acesta poate servi ca o cale naturală eficientă către pământ atunci când este conectat la un sistem de împământare proiectat corespunzător, reducând riscul de deteriorare localizată în comparație cu o clădire lipsită de un cadru conductor continuu.

Poate fi relocată o clădire existentă cu structură de oțel?

În multe cazuri da, deoarece conexiunile cu șuruburi pot fi anulate și elementele transportate la un nou șantier, cu condiția ca elementele inițiale să nu fi fost tăiate, forate sau modificate în moduri care să le compromită capacitatea structurală și cu condiția ca sarcinile de proiectare ale noului șantier să nu depășească ceea ce a fost proiectat să suporte cadrul existent.

Care este perioada tipică de garanție oferită pentru un cadru de clădire cu structură de oțel?

Termenii de garanție variază în funcție de furnizor și în funcție de componentă, garanțiile de cadru structural din oțel fiind de obicei separate de garanțiile de etanșeitate la intemperii pentru placare și de garanțiile de acoperire, astfel încât cumpărătorii ar trebui să solicite fiecare perioadă de garanție în scris, în loc să presupună că o singură garanție generală acoperă întreaga clădire.

Language

+86-511-84522866

Știri din industrie