Конструкция от стоманена решетка с дълъг обхват

За разлика от конвенционалните плоски пространствени рамки или портални твърди рамки, структурата на черупката от стоманена решетъчна конструкция с дълъг обхват използва извита носеща система от пространствена решетка. Докато плоските конструкции разчитат предимно на действие на огъване, тази система постига капацитет на натоварване чрез комбинация от тяга на черупката и аксиалното действие на пространствените елементи.

Тази система не е просто сбор от отделни елементи, а цялостно интегрирано решение, включващо структурни възли, плъзгащи лагери, устойчиви на натиск фундаментни елементи, покривни обвивки и защита от мълнии/корозия. Той е специално разработен, за да се справи със структурни предизвикателства, свързани с покриви без колони, надвишаващи 60 метра в обхват, сложни извити геометрии и обекти, подложени на силни натоварвания от вятър и сняг. Балансирайки архитектурната естетика с дългосрочната експлоатационна безопасност, той се превърна в основен избор за покриване на промишлени съоръжения с ултра голям размах и обществени места.

Критерии за подбор и отличия

1.1 Дефиниция на индустрията

Структурата на стоманената решетъчна обвивка с дълъг обхват — често наричана просто „стоманена решетъчна обвивка“ — е вид извита, силно статично неопределена пространствена решетъчна структура. По същество това е плоска пространствена рамка, която е извита, за да образува непрекъсната извита повърхност, обхващаща сферична, елипсоидална, цилиндрична и хиперболична параболоидна геометрия. Определящата характеристика е генерирането на хоризонтална дъгова тяга навън, което изисква опори, пръстеновидни греди или устойчиви на натиск основи за противодействие на вътрешните сили. Обратно, плоските пространствени рамки понасят натоварвания предимно във вертикална посока и не генерират хоризонтална дъгова тяга; основните механични принципи, управляващи двете системи, са напълно различни. 

1.2 Визуални характеристики на структурното поведение

- Натоварване на члена: Основно аксиално напрежение и компресия; липсата на местни напрежения на огъване осигурява равномерно разпределение на напрежението.

- Прехвърляне на товара: Вертикалните натоварвания на покрива се разделят по тангенциалната посока на извитата повърхност в аксиални сили в корпуса; пътят на натоварване е къс, което води до минимални загуби на енергия.

- Оперативна годност: Силно статично неопределена излишна структура; локализираната повреда на елемента не предизвиква глобален срив, предлагайки превъзходна устойчивост срещу внезапен вятър, сняг и сеизмични събития.

1.3 Класификация по обхват и 3D конфигурация на възел

- Еднослойна стоманена решетъчна обвивка: Еднослойна подредба на елементите с много ниско собствено тегло; подходящ за малки до средни разстояния (15–60 m) остъклени куполи и малки пейзажни павилиони; приложимо само в райони с ниски натоварвания от вятър и сняг; предимно използва възли на главината от лята стомана.

- Двуслойна решетъчна обвивка с болтова топка: двуслойна решетъчна конфигурация, включваща горни и долни корди със свързващи елементи на мрежата; предлага висока твърдост; подходящ за стандартни навеси за въглища с голям обхват (30–100 m) и цилиндрични корпуси за съхранение; предпочитаният избор за вътрешни места със стандартни условия на вятър и сняг.

- Двуслойна решетъчна обвивка със заварена топка: включва заваряване с пълно проникване в сферичните възли, осигуряващо изключителна устойчивост на деформация; подходящ за ултра-големи разстояния (60–200 m) и съоръжения за съхранение на тежки товари в крайбрежни райони, изложени на силни ветрове и обилен сняг.

Основни критерии за избор на материал: стомана Q235B е избрана за разстояния ≤60m и натоварвания на покрива ≤0,9 kN/m²; Стомана Q355B се използва за участъци >60m, тежкотоварни въглищни навеси и крайбрежни региони.

Изчерпателни системни компоненти на стоманени решетъчни черупкови конструкции с дълги разстояния

2.1 Първични структурни единици на мрежата

Състои се от изрязани по поръчка елементи с кръгло кухо сечение (CHS) и три вида специализирани възли; всички елементи се нарязват на специфични дължини въз основа на повърхностната кривина, вместо да се използват стандартизирани дължини. Основните материали включват безшевни стоманени тръби и високочестотно заварени стоманени тръби, със спецификации, вариращи от φ60×3,5 до φ219×10. Диференцирани сценарии на приложение за типове възли:

- Болтови кухи сфери: цилиндрични черупки с ниска кривина и двуслойни конвенционални мрежести черупки; сглобени на място с помощта на болтове, не изискващи заваряване на място.

- Заварени кухи сфери: Конструкции с голям обхват, тежки товари и дебела обвивка; разполагат с вътрешни пръстеновидни усилващи ребра, за да устоят на локална деформация при смачкване.

- Възли на главината от лята стомана: Специално за еднослойни извити куполи; използват plug-in връзки и предлагат най-високо ниво на стандартизация на компонентите.

Свързани крепежни елементи: Болтовите сферични системи използват стандартни високоякостни болтове клас 10.9, конични глави, уплътнителни плочи и втулки; системите със заварени сфери не разполагат със стандартни крепежни елементи, разчитайки изцяло на челни заварки с пълно проникване със скосени ръбове.

2.2 Диференцирани системи за подпомагане

Хоризонталната тяга на дъгата на мрежеста обвивка е 3–5 пъти по-голяма от тази на пространствена рамка; неправилният избор на опора може директно да доведе до срутване на покрива. Четири типа опори и техните сценарии на приложение:

- Фиксирани шарнирни опори: Разположени в ъглите на сградата; ограничават вертикалното и двупосочното хоризонтално изместване, понасят над 60% от натиска на свода на корпуса и позволяват незначително въртене за облекчаване на напрежението.

- Еднопосочни плъзгащи се опори: Плъзгащи се в периферна или радиална посока; специално проектиран да освобождава топлинна тяга, причинена от сезонни температурни разлики, предотвратявайки напукване поради термично разширение и свиване.

- Опънати шарнирни опори: Използват се в крайбрежни или открити, открити места; устояват на отрицателните сили на засмукване на вятъра и предотвратяват повдигането или разкъсването на мрежестата обвивка от вятъра.

- Еластични опори: Използват се за обекти с неравномерно слягане на основата или за неправилни двойно извити мрежести черупки; адаптирайте се към деформацията на основата, за да регулирате разпределението на натоварването.

Поддържащи аксесоари: 18–30 mm дебели основни плочи, 12–20 mm странични усилващи ребра, Q355B вградени анкерни болтове и нивелиращи/противохлъзгащи подложки. 

2.3 Поддържащи мерки за подструктура и устойчивост на натиск

Стандартните изолирани купчини не могат да противодействат на натиска навън, генериран от мрежестата обвивка; следователно е необходимо целенасочено укрепване. Основите използват C30–C35 стоманобетонни изолирани пилотни шапки, ивични основи или пилотни шапки. Греди против повдигане и бетонни колони за противотежест са монтирани от външната страна на основите, за да се ограничи изместването навън. Толерансът на плоскост за вградените стоманени лагерни плочи е зададен на ≤2 mm, за да се осигури гладко плъзгане на лагерите.

2.4 Поддържащи мерки за ограждане на покрива и странична стабилност

Системата за ограждане на покрива се състои от три вида: алуминиево-магнезиево-манганови панели със стоящ шев за извити корпуси на варели, закалено изолиращо стъкло за куполи за дневна светлина и профилирани стоманени листове с цветно покритие за затворени навеси за въглища. Вторичните структурни елементи се състоят изцяло от горещо поцинковани греди с C- и Z-сечение, допълнени от покривни свързващи пръти и подпори за стрехи. Страничната стабилност се осигурява от външна стоманобетонна пръстеновидна греда, която съдържа цялостната тяга на арката, заедно с допълнителни стоманени укрепвания в краищата на фронтона и между колоните, за да се предотврати странично изместване в краищата. 

2.5 Интегрирани антикорозионни, пожароустойчиви и мълниезащитни системи

- Антикорозия: дебелина на горещо поцинкованото покритие ≥85 μm за стандартни вътрешни обекти и ≥120 μm за крайбрежни обекти, изложени на солени пръски; Ремонтът на място на повредено поцинковане включва Sa2.5 абразивно бластиране, последвано от трислойна епоксидна система, богата на цинк.

- Пожароустойчивост: Обществените заведения са покрити с тънкослойни набъбващи огнеустойчиви покрития (оценени за 0,5h–2,0h огнеустойчивост); затворените индустриални навеси за въглища не изискват стандартни огнеупорни покрития.

- Мълниезащита: Елементите на горния пояс служат като естествена мрежа за улавяне на мълния, свързана към основните армировъчни пръти на фундамента чрез носещи анкерни болтове, за да образуват пълна заземителна верига; не са необходими допълнителни мълниезащитни ленти.

Готови за внедряване решения

1. Двуслойна мрежеста обвивка с болтова топка: 

Стоманени тръбни елементи + болтови топки + еднопосочни плъзгащи се шарнирни опори + лентови устойчиви на натиск основи + стоманена облицовка с цветно покритие; идеален за затворени сухи навеси за въглища и силози за инертни материали; най-ниска цена и най-кратък срок на строителство.

2. Двуслойна сферична мрежеста обвивка със заварена топка: 

Дебелостенни заварени тръби + заздравени заварени кухи сфери + фиксирани устойчиви на опън опори + пилотни фундаменти + алуминиево-магнезиево-манганово покритие; подходящ за куполи с голям обхват на стадиони и летищни терминали; предлага най-голяма резервираност срещу натоварване от вятър и сняг.

3. Еднослойна стоманена мрежеста обвивка на главината: 

Стандартизирани извити кръгли тръби + възли на главината от лята стомана + олекотени шарнирни опори + стъклен капандурен покрив; подходящ за ландшафтни атриуми и малки изложбени зали; предлага изключителна естетическа привлекателност.

Основни практически предимства

1. Структурна ефективност и рентабилност: 

За разстояние от 100 m потреблението на стомана е с 18%–25% по-ниско от това на двуслойните плоски пространствени рамки; дъговият ефект на корпуса естествено разпределя натоварванията, елиминирайки необходимостта от бъдещо структурно укрепване.

2. Разнообразна извита геометрия: 

Възможност за формиране на сферични или сложни двойно извити покривни форми; надвишава икономичната граница от 36 метра за портални твърди рамки и отговаря на изискванията за одобрение за уникални архитектурни форми.

3. Естествен дренаж и намален риск от течове: 

Извитата геометрия осигурява присъщ наклон за дренаж, елиминирайки нуждата от допълнителни слоеве за пълнене за създаване на наклон и намалявайки рисковете за поддръжка, свързани с течове на покрива и събиране на вода.

4. Висока стабилност при екстремни условия: 

Като силно статично неопределена структура, тя превъзхожда всички равнинни стоманени конструкции в устойчивостта на ветрове по скалата на Бофорт 12, виелици и регионална сеизмична активност.

5. Модулната конструкция намалява рисковете от голяма надморска височина: 

Поддържа интегрирано сглобяване на земята, последвано от хидравлично повдигане; намалява работата на голяма надморска височина със 70%, като по този начин намалява процента на злополуките, свързани с безопасността на място.

6. Ниски разходи за експлоатация и поддръжка през жизнения цикъл: 

Еднакви кръгли кухи секции улесняват отстраняването на ръждата и проверката; извитият покрив позволява дъждовната вода и прахта да се плъзгат естествено, намалявайки честотата на почистване наполовина.

Сравнителен анализ с конкурентни продукти

5.1 Разлики в структурното поведение

Порталните твърди рамки изпитват само равнинно, еднопосочно огъване; разходите скочат, когато участъците надхвърлят 36 м и те не могат да образуват извити форми. Плоските пространствени рамки разчитат изцяло на пространствено напрежение и компресия без хоризонтална тяга на дъгата; адаптирането им към извити повърхности изисква множество нестандартни компоненти, увеличаващи разходите с над 40%. Стоманените решетъчни черупкови конструкции с дълги разстояния използват двупосочно действие на пространствената арка, което ги прави естествено подходящи за извити повърхности и предлагат значителни предимства в разходите за ултра-големи разстояния.

5.2 Разлики в конструкцията и корпуса

Космическите рамки обикновено изискват сглобяване част по част на височина, което ограничава гъвкавостта на обекта; стоманените решетъчни черупки позволяват избор от четири метода на конструиране, включително техники за ротационно плъзгане, подходящи за затворени пространства. Що се отнася до корпуса, извивката на стоманената решетъчна обвивка се изравнява идеално с алуминиево-магнезиево-манганови панели и извито стъкло, елиминирайки напрежението на усукване върху покривните панели и намалявайки риска от бъдещо напукване.

5.3 Разлики в антикорозионната обработка

Структурните елементи се състоят изцяло от безшевни кръгли тръби, елиминиращи улавящите мръсотия „мъртви зони“, открити при ъглова или канална стомана; това гарантира пълно покритие по време на горещо поцинковане и нанасяне на покритие, удължавайки антикорозионния живот в крайбрежни среди с 8–12 години в сравнение с планарните пространствени рамки. Стандартизиран работен процес на обработка по категория

6.1 Основен работен процес на обработка за двуслойни пространствени рамки с болтова топка

1. Прецизна обработка с болтова топка: Кръгла стоманена заготовка за изковаване → Завършване на струг на сферична повърхност → Многопозиционно пробиване и нарязване на резба при специфични ъгли/кривини → Магнитна проверка на частици (MPI) за вътрешни пукнатини → Горещо поцинковане.

2. Прецизна обработка на елементите: CNC рязане на стоманени тръби по дължина → Обработка на конусовидни глави → Периферентно заваряване с пълно проникване с CO2 в двата края → Ултразвуково изпитване (UT, клас II) на 20% от критичните елементи → Дробеструйно почистване (Sa 2.5) за отстраняване на ръжда → Горещо поцинковане.

3. Допълнителна обработка: Закаляване, темпериране и проверка на болтове клас 10.9; едновременно поцинковане на втулки и фиксиращи винтове, за да се осигурят допуски за прилягане на резбата.

4. Фабрично предварително сглобяване: Изграждане на извита монтажна приставка в мащаб 1:1 → Пробен монтаж на ветрилообразни модули → Проверка на сферичния издиг и дълбочината на вкарване на болта → Регулиране на нестандартни елементи.

5. Зонално опаковане: Категоризирано опаковане въз основа на периферно и радиално номериране → Маркиране на последователността на сглобяване на място.

6. Монтаж на място: Изравняване на подпората → Сглобяване на решетката на долната корда → Монтаж на ламелите и затваряне на горната корда → Окончателно затягане на високоякостните болтове → Поцинковане и огнеупорно покритие.

6.2 Специализиран работен процес за двуслойни пространствени рамки със заварени топки

Щамповане на полусфери от стоманена плоча → Скосяване → Сглобяване на вътрешни пръстеновидни усилващи ребра → Заваряване под флюс (SAW) за затваряне на сфери → 100% UT (клас II) проверка на заварките → Шлайфане и поцинковане на сфери; скосено заваряване с пълно проникване на място на елементи към сфери, с проверка и приемане на всяка заварка.

6.3 Специализиран работен процес за еднослойни пространствени рамки хъб-възел

Прецизно леене на възли от лята стомана → Обработка на многопосочни свързващи слотове → Фрезоване на извити краища на тръби → Фабричен пробен монтаж → Цялостно поцинковане; сглобяване на място чрез вкарване и заключване с болтове—не се изисква гореща работа или заваряване на място.

6.4 Стандартизиран работен процес на обработка за поддръжка

CNC рязане на основни плочи и усилващи плочи → Скосяване, монтаж и заваряване → Прецизно фрезоване на плъзгащи се повърхности → Проверка на заваръчните шевове → Поцинковане на анкерни болтове и опаковане на пълен комплект.

Изчерпателни параметри на производителността на английски език

7.1 Геометрични параметри на елементите и ставите

Обща спецификация на стоманена тръба: φ60×3.5, φ76×4, φ89×4, φ114×4, φ140×6, φ159×8, φ180×10, φ219×10

Конвенционално разстояние на мрежата: 1,5 m ~ 3,5 m за сферични и цилиндрични решетъчни черупки

Толеранс на механична обработка на елемента: Общо отклонение на дължината ±1,0 mm, линейност ≤ L/1000

Сферичен възел с болтове: Диаметър φ120~φ400mm, дебелина на стената 12~20mm, толеранс на ъгъла на отвора за винт ±15′

Заварен кух сферичен възел: Диаметър φ200~φ500mm, дебелина на стената 14~22mm с вътрешен усилващ пръстен

Поддържаща основна плоча: дебелина 18~30mm, усилваща плоча 12~20mm, материал на анкерния болт Q355B

7.2 Таблица с механични свойства на материала

7.3 Параметри за обхват и натоварване

Икономичен обхват на еднослойна решетъчна обвивка: 15m~60m

Двуслойна болтова сферична решетъчна обвивка икономичен обхват: 30m ~ 100m

Максимален обхват на двуслойна заварена сферична решетка: 60m ~ 200m

Индекс на натоварване на покрива: собствено натоварване 0,35~0,90kN/㎡, активно натоварване 0,5~1,2kN/㎡; затворен въглищен навес живо натоварване до 2,5kN/㎡

Контрол на температурната деформация: Свръхдългите цилиндрични черупки трябва да приемат еднопосочни плъзгащи се опори за освобождаване на тягата на температурната дъга

7.4 Стандарти за инспекция на заварки

Периферентен шев на сферична тръба с болтове: заваръчен шев от клас 2, 20% UT ултразвукова инспекция за ключови елементи, 100% инспекция за национални ключови проекти

Заварена сферична челна заварка: заваръчен шев с пълно проникване степен 2, 100% UT проверка за решетъчни черупки с голямо натоварване

7.5 Антикорозионен и пожароустойчив технически индекс

Фабрично горещо поцинковане: ≥85 μm за вътрешни райони, ≥120 μm за крайбрежни зони със солена мъгла

Стандарт за ремонт на място: пясъкоструене Sa2.5, обща дебелина на сухия филм ≥120μm за трислойна система за боядисване

Продължителност на пожароустойчивост: 0.5h/1.0h/1.5h/2.0h за тънкослойно огнеупорно покритие за обществени сгради

7.6 Прецизен контрол на инсталацията на място

Отклонение на пръстеновидната греда и опорната ос ≤±5 mm, отклонение на опорната височина ≤±3 mm

Отклонение във височината на съседни опори ≤2 mm, общо отклонение на издигането на корпуса ≤1/1000 от проектната височина

7.7 Референтен разход на стомана по проекта (област на проектиране)

Еднослоен купол за дневна светлина: 10~20kg/㎡

Двуслойна конвенционална цилиндрична обвивка: 20~33kg/㎡

Double-layer closed coal shed lattice shell: 33~55kg/㎡

Методи за инсталиране на място, съобразени с условията на проекта

Схемите за инсталиране на стоманени решетъчни черупкови конструкции с голям обхват се избират въз основа на условията на обекта, за да се справят с предизвикателства като ограничено пространство и ограничения за достъп на кранове:

1. Монтаж на голяма надморска височина: Подходящ за разпръснати обекти с малък обхват, не е необходимо голямо повдигащо оборудване

2. Сглобяване на блок: Разделете черупката на ветрилообразни блокове, сглобете на земята и повдигнете отделно

3. Цялостно хидравлично повдигане: Предпочитано за закрити помещения с голям обхват, минимизиране на рисковете при работа на голяма надморска височина

4. Ротационна плъзгаща инсталация: Подходяща за тесни крайбрежни места с ограничен радиус на завъртане на крана

ЧЗВ

Q1 Как мога бързо да избера между еднослойни и двуслойни стоманени решетъчни конструкции с дълги разстояния?

За участъци ≤60 m в извънбрежни райони без натрупване на сняг и високи изисквания за естествено осветление се предпочита еднослойна решетъчна обвивка на главина-възел (30% по-ниска цена). За разстояния >60 m или при крайбрежни сценарии, тежък сняг или тежко натоварване (съхранение на материали), двуслойната решетъчна обвивка е задължителна, за да се предотврати локална нестабилност при изкълчване, свързана с еднослойни конструкции.

Q2 Могат ли плъзгащите се опори да бъдат пропуснати за решетъчни черупки?

Не. За гилзи с дължина над 45 m или куполи с диаметър над 50 m, топлинната деформация генерира вътрешни сили на натиск, далеч надхвърлящи носещата способност на стоманата; пропускането на плъзгащи се опори би причинило директно огъване или счупване на елемента.

Q3 Може ли вторично рязане или пробиване да се извърши на място след горещо поцинковане?

Вторичното рязане или пробиване е забранено. Всички места на отворите и дължините на елементите са фабрично произведени във фабриката, като само болтовият монтаж се извършва на място; рязането уврежда галванизираното покритие, което не може да бъде напълно поправено, което значително намалява продължителността на живота на конструкцията, устойчива на корозия.

В4 Каква е разликата в дългосрочните разходи за експлоатация и поддръжка между стоманени решетъчни корпуси и космически рамки?

За същия обхват, извитата повърхност на решетъчната обвивка предлага превъзходни възможности за самопочистване, намалявайки годишните разходи за почистване на покрива с 45%. Освен това, елементите с аксиално натоварване не страдат от огъване, причинено от умора, което елиминира необходимостта от структурно укрепване в рамките на 30 години; по този начин производителността на O&M е много по-добра от тази на плоските пространствени рамки.

Предимства на услугата HAISHENG

1. Предварителен структурен подбор и проектиране: Предпродажбените услуги включват предоставяне на допълнителни, специализирани чертежи за оформление на лагери и армировка на пръстеновидни греди – въз основа на параметрите на местния вятър/сняг, сеизмичния интензитет и геоложките условия – за предотвратяване на грешки при проектирането по отношение на страничното съпротивление на основата.

2. Изчерпателна двуезична документация: Предоставяне на пълна документация както на английски, така и на китайски – включително доклади за материалите, доклади за ултразвуково изпитване (UT) за заварки, сертификати за поцинковане и структурни изчисления на инсталацията – за пряко посрещане на изискванията на чуждестранните надзорни органи и митническо освобождаване.

3. Защитна опаковка за трансграничен транспорт: Сферичните възли са индивидуално опаковани в балонна опаковка; тънките елементи са монтирани върху стоманени стелажи със защитни ъглови предпазители; и всички артикули са със запечатани, устойчиви на солени пръски опаковки, подходящи за морски транспорт.

4. 24/7 двуезични дистанционни технически насоки: видео поддръжка в реално време, обхващаща нивелирането на плъзгащи лагери, поетапно затягане на болтове и снаждане на пръстеновидни греди.

5. Цялостно гаранционно покритие: 5-годишна структурна гаранция за основните елементи; антикорозионни гаранции за горещо поцинкованото покритие (15 години за вътрешни райони, 8 години за крайбрежни райони); и доживотна наличност на резервни части за свързващи възли.