Dans le contexte du développement rapide de l'industrie et de la logistique modernes, les entrepôts et les ateliers sont les principaux porteurs de la production et du stockage, et leur conception structurelle doit prendre en compte l'efficacité, la sécurité et l'économie. La structure en acier est devenue la solution préférée pour ces bâtiments en raison de ses excellentes propriétés mécaniques et de son efficacité de construction. En tant que composants de charge principaux, la conception et la sélection des colonnes en acier et des poutres en acier affectent directement la stabilité et la durée de vie de la structure globale. Cet article analysera systématiquement l'application de colonnes en acier et de poutres en acier dans les entrepôts / ateliers des propriétés des matériaux, les spécifications de conception aux cas réels.
Avantages de base de la structure en acier
Propriétés des matériaux
La haute résistance (limite d'élasticité peut atteindre plus de 345 MPa) et les caractéristiques légères de l'acier peuvent réduire considérablement la taille transversale des composants et libérer plus d'espace de construction. Par exemple, le moment de section d'inertie des colonnes en acier en forme de H est meilleure que celle des colonnes en béton, et la capacité de compression est augmentée de plus de 30%. De plus, les performances sismiques de l'acier (coefficient de ductilité ≥3) et des revêtements résistants à la corrosion préfabriqués en usine (tels que la galvanisation à hot-dip) étendent en outre la durée de vie de la structure.
Économie et efficacité
La conception modulaire de la structure en acier permet une installation rapide. Prenant un certain atelier de fabrication d'automobile à titre d'exemple, il adopte un système de colonne de poutre en acier préfabriqué, et la période de construction est raccourcie de 40% par rapport aux structures en béton traditionnelles. Dans le même temps, le taux de recyclage de l'acier dépasse 90% et le coût du cycle de vie est réduit de 20% à 30%.
Durabilité
Conformément aux normes de construction vertes (comme la certification LEED), les émissions de carbone des bâtiments de la structure en acier sont inférieures à 35% de celles du béton, et les déchets de construction peuvent être recyclés, ce qui est conforme à la tendance de l'économie à faible teneur en carbone.
Conception et application de colonnes en acier
Sélection de type et scénarios applicables
Colonnes en acier en forme de H: Convient aux entrepôts moyens de la portée (tels que 24 mètres), avec une forte résistance au cisaillement Web et une connexion facile avec des boulons de poutre en acier.
Colonnes de type boîte: principalement utilisées dans les ateliers de grande place ou de grande hauteur (tels que les hangars de maintenance des avions), avec d'excellentes caractéristiques de fermeture transversale et une résistance à la torsion.
Colonnes de tubes circulaires: Convient aux conceptions exposées (telles que les salles d'exposition d'art), avec un coefficient de résistance au vent faible et une apparence simple.
Paramètres de conception clés
Analyse de la charge axiale et du flambement: la charge critique doit être calculée en fonction de la formule Euler, et les contraintes de pied de colonne (telles que les connexions articulées ou fixes) doivent être prises en compte.
Conception du nœud: L'épaisseur de la plaque de base doit répondre à la résistance à l'arrachement du boulon d'ancrage (calculé selon la spécification AISC) et réserver une redondance de 15% pour faire face aux charges dynamiques.
Exigences de spécification
Suivez la norme AISC 360 (USA) ou GB 50017 (Chine), le rapport élange de colonne (λ) doit être contrôlé dans les 200 pour éviter le risque d'instabilité.
Conception et application de poutres en acier
Stratégie de sélection
Pouilles en I: faible coût, traitement facile, adapté aux ateliers légers (tels que les lignes de montage électroniques).
Faisceaux de treillis: avantages économiques importants lorsque la durée dépasse 30 m (comme les entrepôts logistiques), et le poids mort est réduit de 50%.
Poutres composites (poutres en acier dalles en béton): améliorer la rigidité du sol, adaptée aux ateliers d'équipement lourd.
Technologie de connexion
Connexions de boulons à forte résistance (telles que grade 10.9): capacité de relevé de cisaillement élevée, adaptée aux ateliers avec un démontage fréquent.
Nœuds soudés: transmission de force directe, mais la détection de la faille UT est nécessaire pour détecter la qualité de la soudure.
Points clés de la conception de la structure de l'entrepôt / de l'atelier
Optimisation de l'espace
La distance de colonne économique est généralement de 8 à 12 m, et le taux d'utilisation de l'espace peut être augmenté de 30% lorsqu'il est combiné avec le système de conservation en suspension.
Réponse de charge spéciale
Conception du faisceau de grue: Le coefficient de charge dynamique est de 1,5 et le calcul de la fatigue est basé sur le critère de mineur des dommages cumulatifs ≤1.
Climat régional: les charges de neige (≥ 0,7 kN / m²) doivent être prises en compte pour les entrepôts du nord, et les charges de vent dans les zones côtières sont calculées sur la base d'une vitesse de vent de 50 ans.
Mesures de protection
Protection par incendie: pulvérisation de revêtements inutiles inutiles (limite de résistance au feu ≥ 2 heures), ou en utilisant du béton pour envelopper des composants en acier.
Protection de la corrosion: l'acier d'altération S355J2W est préféré dans les environnements marins pour réduire la fréquence de maintenance.
Gestion de la construction et des coûts
Préfabrication et installation
Utilisez la technologie BIM pour optimiser la division des composants et réduire les points de soudage sur place de 50%. Le positionnement total de la station est requis lors du hissage et l'écart de verticalité est ≤h / 1000.
Comparaison des coûts
L'investissement initial de la structure en acier est de 10% à 15% de plus que celui du béton, mais les avantages d'exploitation apportés par la période de construction raccourci peuvent compenser la différence de prix. En prenant un entrepôt de chaîne froide à titre d'exemple, la solution de structure en acier peut obtenir une récupération des coûts dans les 5 ans.
Étude de cas: Pratique de la structure en acier d'Amazon Logistics Center
Aperçu du projet
La portée est de 40 m, la distance de la colonne est de 12 m, le système de poutre en poule en colonne en acier en H est adopté et la charge de plancher est de 5kn / m².
Innovation technologique
Utilisez le logiciel Tekla pour optimiser la conception du nœud et réduire la consommation d'acier de 12%.
Introduisez un système de surveillance intelligent pour suivre les changements de contrainte des faisceaux et des colonnes en temps réel.
Résumé de l'expérience
Il est nécessaire de réserver des canaux de levée d'équipement dans la conception et d'éviter les conflits spatiaux entre les poutres en acier et les conduits de ventilation.
Tendances futures
Innovation matérielle
S690 L'acier ultra-élevé (limite d'élasticité 690MPA) peut réduire le poids des composants de 25% et a été piloté dans Tesla Super Factory.
Numérisation et automatisation
La technologie de soudage BIM Robot contrôle l'erreur dans ± 2 mm et réalise la pénétration des données tout au long du processus de construction de conception-production.
Chemin neutre en carbone
Promouvoir la furace à arc électrique (les émissions de carbone sont 75% inférieures à celles des hauts fourneaux traditionnels) et explorer les structures hybrides en bois d'acier pour réduire le carbone incarné.
Colonnes et poutres en acier sont devenus le squelette des bâtiments industriels modernes en raison de leur haute résistance, flexibilité et durabilité. À l'avenir, grâce à la conception intelligente, à l'innovation des matériaux et à la construction verte, les structures en acier favoriseront davantage le développement efficace et faible en carbone des entrepôts et des ateliers.
