V souladu s normou pro navrhování ocelových konstrukcí (GB 50017) jsou prostorové mřížové střešní konstrukce s rozpětím 60 metrů nebo větším klasifikovány jako ocelové prostorové rámové konstrukce s velkým rozpětím. Jsou sestaveny z ocelových trubkových členů a kulových spojů do geometrických systémů, jako jsou čtyřboké nebo trojúhelníkové jehlany. Jedná se o vysoce staticky neurčité prostorové systémy, kde jsou zatížení rozložena globálně a prvky primárně podléhají axiálnímu tahu nebo tlaku. Nabízejí vysokou celkovou tuhost a vytvářejí bezsloupové, otevřené prostory, díky čemuž jsou ideální pro stadiony, výstavní centra, vysokorychlostní železniční stanice, skladiště uhlí, letištní terminály a další.
Základem prostorového rámu je spodní konstrukce – obvykle betonová nebo pilotová – která nese ložiska prostorového rámu a přenáší všechna zatížení z horní konstrukce (axiální síly, smykové síly, ohybové momenty, vodorovné síly a seismické síly) na zem; slouží jako konstrukční základ pro prostorový rám.
· Konstrukční charakteristiky: Vystaveno vertikálnímu tlaku, horizontálnímu tahu, zdvihovým silám a točivému momentu; vyžaduje extrémně vysokou přesnost, pokud jde o usazení, nadmořskou výšku a umístění vložených dílů.
· Klíčové kontrolní body: Rozdílné sedání může přímo způsobit praskání ve spojích prostorového rámu a nestabilitu prvků, což z něj činí kritický faktor úspěchu nebo selhání prostorových rámů s velkým rozpětím.
· Těleso prostorového rámu: Struktura horní prostorové mřížky (prvky + kulové spoje);
· Ložisko prostorového rámu: Komponenta přenášející zatížení spojující prostorový rám se základem;
· Základ prostorového rámu: Železobetonová konstrukce, kryt piloty nebo izolovaná základna umístěná pod ložiskem.
1. Strukturální systém (běžné možnosti)
· Prostorový rám ortogonální čtvercové pyramidy: Nejpoužívanější; nabízí rovnoměrnou tuhost a pohodlnou montáž na střechu; preferovaná volba pro obdélníkové stopy.
· Diagonální čtvercový pyramidový prostorový rám: Vynikající konstrukční výkon a mírně nižší spotřeba oceli; vhodné pro střední až velká rozpětí.
· Prostorový rám trojúhelníkové pyramidy: Vysoká prostorová stabilita; vhodné pro kruhové nebo polygonální stopy.
· Prostorový rám se svařovanou koulí: Vhodný pro velké zatížení, ultra velká rozpětí (přes 80 m), těžké střešní systémy a podmínky s vysokým zatížením.
· Prostorový rám se šrouby: Vhodné pro lehčí zatížení a standardní velká rozpětí; vyznačuje se tovární prefabrikací, montáží na místě a rychlou konstrukcí.
2. Konfigurace hlavního materiálu (standardní specifikace)
· Prvky: Bezešvé ocelové trubky nebo svařované trubky s rovným švem; Materiál: Q355B (mainstream pro velká rozpětí); Společné specifikace: Φ114×4, Φ140×6, Φ159×8, Φ219×10; Q235B lze použít pro menší rozpětí.
· Kloubní koule:
o šroubované koule: Φ200–Φ400; tloušťka stěny ≥12 mm; Materiál: Q355B.
o Svařované koule: Φ250–Φ500; tloušťka stěny ≥14mm; obsahuje vnitřní výztužná žebra.
· Konektory: vysokopevnostní šrouby třídy 10.9 (specializované pro prostorové rámy); obsahuje odpovídající kónické hlavy, koncové desky, pouzdra a upevňovací šrouby.
3. Komponenty zastřešení a zastřešení (kompletní střešní systém)
· Střešní panely: Hliníkové-hořčík-manganové panely se stojatou drážkou, profilované barevné ocelové plechy a panely pro denní osvětlení (lokalizované).
· Sekundární střešní konstrukce: ocelové vaznice průřezu C/Z (Q355B žárově zinkované, tloušťka povlaku ≥80μm), střešní táhla a vzpěry.
· Hydroizolace a izolace: Izolační vrstva z minerální nebo skelné vlny, nepromokavá prodyšná membrána, okapy, svody a hřebenové kryty.
Ložiska slouží jako jediné uzly pro přenos zatížení mezi prostorovým rámem a betonovým základem; výběr pro konstrukce s dlouhým rozpětím musí být založen na konkrétních požadavcích na zatížení:
1. Plochá kompresní ložiska: Nesou pouze vertikální tlak; používá se pro okrajové podpory a oblasti s nízkými horizontálními silami.
2. Jednosměrná/obousměrná kluzná ložiska: Uvolňují tepelné namáhání a přizpůsobují se tepelné roztažnosti/kontrakce; nezbytné pro prostorové rámy s dlouhým rozpětím.
3. Kloubová ložiska (kulová kloubová ložiska): Umožňují otáčení a vícesměrný přenos síly; používá se v rozích, v oblastech s vysokými horizontálními silami a v zónách s přísnými seismickými požadavky.
4. Tahová ložiska (ložiska odolná proti zvednutí): Používají se u okapů, konzol a oblastí vystavených značnému sání větru, aby se zabránilo zvednutí prostorového rámu.
Příslušenství ložisek: Základové desky, výztužná žebra, kotevní šrouby a stavěcí podložky (pro vyrovnání a nastavení výšky).
Výběr je založen na geologických podmínkách, rozpětí a klasifikaci zatížení; převládající volbou pro konstrukce s dlouhým rozpětím je kombinace pilota plus pilota-kryt:
I. Běžné typy základů
1. Železobetonové izolované patky: Rozpětí 60–80 m, příznivé geologické podmínky, mírné zatížení.
2. Pásové základy (průběžné základy): Podlouhlé prostorové rámy, průběžné podpěry, požadavky na vysokou odolnost proti vodorovné síle.
3. Základy pilot s kryty pilot (preferované pro velká rozpětí): Rozpětí přesahující 80 m, základy z měkké půdy, velká zatížení, zóny s vysokou seismickou intenzitou.
o Typy pilot: Vrtané piloty zalévané na místě, piloty prefabrikovaných trubek.
o Kryty pilot: Čtvercové/obdélníkové železobetonové kryty pilot (beton C30/C35).
4. Vorové základy: Projekty s extrémně velkými plochami, složitými geologickými podmínkami a přísnými požadavky na řízení rozdílného sedání.
II. Struktura základního jádra a vestavěné díly
1. Pevnost betonu: Hlavice pilot/základní těleso C30–C35; zaslepovací beton C15;
2. Základní vestavěné díly:
o Zapuštěné ocelové desky pro podpěry: Tloušťka 16–20 mm, přivařené k výztuži víka piloty;
o Zapuštěné kotevní šrouby: Pro zajištění podpěr prostorového rámu; Ocelové šrouby Q355, kompletní s maticemi a ložiskovými deskami;
3. Přesné řízení (závazné normy pro velkorozponové konstrukce):
o Odchylka osy ≤ ±5 mm;
o Odchylka výšky horního povrchu ≤ ±3 mm;
o Výškový rozdíl mezi podporami v rámci stejného rozpětí ≤ 2 mm.
Ocelové rámové konstrukce s velkým rozpětím zahrnují značné výšky a značné horizontální síly (vítr, seismické záření); komplexní systém stability je povinný:
1. Vnitřní výztužné prvky prostorového rámu: Svislé/diagonální prvky stojiny mezi horním a spodním pásem (integrální s prostorovým rámem);
2. Mezisloupové ztužení: Křížové ztužení (úhlová ocel nebo ocelová trubka) mezi betonovými sloupy, aby odolalo podélným vodorovným silám;
3. Vodorovné ztužení střechy: Vodorovné táhla a diagonální vzpěry v rovině horního pásu, tvořící tuhou střešní membránu;
4. Prostorové rámy s okapovou hranou a štítem: Uzavřete konce, zvýšíte celkovou tuhost a odolá zatížení větrem;
5. Kolenní výztuhy/táhla: Prvky boční stability pro vaznice (podle stejné logiky jako střešní krytina z tenkostěnné oceli).
1. Antikorozní
· Továrně vyrobené komponenty: žárově pozinkovaný celek (tloušťka zinkového povlaku ≥85 μm); zvýšená tloušťka pro pobřežní nebo chemické průmyslové zóny;
· Svary na místě a opravované svařované oblasti: Abrazivní otryskání pro odstranění rzi + epoxidový základní nátěr bohatý na zinek + vrchní nátěr;
· Kulové uzly a šrouby: Továrně pozinkované; řezání na místě, které poškozuje povlak, je zakázáno.
2. Požární ochrana
· Aplikace speciálních protipožárních nátěrů (ultratenkých nebo tenkovrstvých typů) na základě požární odolnosti budovy; hodnocení požární odolnosti 1,0 h až 2,0 h;
· Zvláštní pozornost věnujte podpěrám povlaku, vloženým dílům a šroubům. 3. Ochrana před bleskem
·Horní pás prostorového rámu funguje jako systém zakončení vzduchu;
·Svody vytvořené pomocí podpěr, kotevních šroubů a výztuže základů;
·Uzemňovací elektrody instalované v základu a připojené k hlavní síti ochrany před bleskem budovy.
1. Způsoby instalace: Montáž kus po kusu ve velké výšce, modulární zvedání, integrální zvedání, kumulativní posuv (hlavní proud pro velká rozpětí);
2. Základní vybavení: Totální stanice, vodováha, momentový klíč, hydraulický zvedací/posuvný systém, velké jeřáby, portálové jeřáby;
3. Pomocné materiály: Specializované mazivo pro vysokopevnostní šrouby, tmely, podložky, dočasné nosné rámy, kotevní dráty.
1. Horní prostorový rám: Ocelové trubkové členy + šroubované koule/svařované koule + vysokopevnostní šrouby + kónické hlavy/koncové desky;
2. Střešní systém: Střešní panely + C/Z vaznice + izolace & hydroizolace + okapy a svody;
3. Nosné podpěry: Pevné/posuvné/kulové/odolné proti zdvihu + kotevní šrouby + zapuštěné ocelové desky;
4. Spodní stavba/Základ: Izolované základy/pásové základy/kryty pilot (výztuž + beton + zapuštěné části);
5.Stabilní ztužení: Mezisloupové ztužení, střešní vodorovné ztužení, štítové rámy;
6.Ochranné systémy: žárové zinkování (antikorozní), ohnivzdorné nátěry, ochrana před bleskem a uzemnění;
7. Instalační pomůcky: Dočasné podpěry, zdvihací zařízení, geodetické přístroje, upevňovací kování.
·Standardní lehká ocelová střecha: Primárně portálové pevné rámy; rozpětí < 60m; postrádá systém prostorové mřížky;
·Struktura ocelového prostorového rámu s velkým rozpětím: Rozpětí ≥ 60 m; prostorová struktura mřížky; spoléhá na integrální prostorovou nosnou sílu; požadavky na základy, podpěry a přesnost jsou výrazně vyšší než u lehkých ocelových konstrukcí.
1. Schopnost extra velkého rozpětí umožňuje provedení bez sloupků, což maximalizuje využití vnitřního prostoru.
2. Three-dimensional structural behavior ensures balanced load distribution and excellent resistance to seismic forces and wind pressure.
3. Lehký, ale pevný; konstrukce odolává celkové deformaci a prohýbání.
4. Továrně prefabrikované komponenty umožňují rychlou montáž na místě.
5. Flexibilní geometrie podporuje různé tvary, včetně plochých, zakřivených, kulových a nepravidelných kupolí.
6. Stabilní a odolná struktura; dlouhá životnost při ošetření na odolnost proti korozi.
1. Trojrozměrné rozložení zatížení: Na rozdíl od portálových rámů nebo plných nosníků (které jsou vystaveny ohybu a smyku) jsou prvky v prostorovém rámu primárně vystaveny axiálnímu tahu a tlaku. To zajišťuje efektivní využití materiálu a sníženou vlastní hmotnost. Zatížení z extra velkých rozpětí je rovnoměrně rozloženo mezi podpěry, což minimalizuje bodové zatížení a snižuje náklady na základy.
2. Vysoce staticky neurčitá struktura: Nabízí významnou bezpečnostní redundanci; selhání jednoho prvku nezpůsobí totální kolaps. Překonává rovinné vazníky a portálové rámy v odolnosti proti zemětřesení, větru, sněhu a nerovnoměrnému osídlení, takže je ideální pro velké veřejné budovy, jako jsou stadiony, skladiště uhlí a letištní terminály.
3. Velké prostory bez sloupů: Snadno dosáhne čistých rozpětí 60–150 metrů. Naproti tomu portálové rámy mají obvykle ekonomický limit rozpětí ≤ 36 metrů a ocelové příhradové nosníky s velkým rozpětím často postrádají nákladovou efektivitu; prostorové rámy poskytují rozsáhlé, ničím nerušené interiéry bez sloupů.
1. Snížená spotřeba oceli pro ekvivalentní rozpětí
U aplikací s velkým rozpětím je spotřeba oceli na jednotku projektované plochy nižší než u ocelových vazníků nebo masivních střešních nosníků. Prostorové rámy se šroubovanými kuličkami těží ze standardizované tovární hromadné výroby a nízkých nákladů díky hromadnému nákupu primárních materiálů (ocelové trubky a ocelové kuličky).
2. Široká adaptabilita zatížení
Vhodné pro širokou škálu aplikací, od lehkých prosklených střech až po těžké suché uhelné haly a střechy s vybavením. Výběr materiálu lze flexibilně upravit tak, aby řídil náklady – použití oceli Q235 pro lehčí zatížení a Q355 pro vyšší zatížení.
1. Standardizované továrně prefabrikované šroubované kulové prostorové rámy: Ocelové trubkové členy jsou nařezány na délku, kuželové hlavy a koncové desky jsou předem smontovány a ocelové kuličky jsou poklepány – vše v dílně – před tříděním a balením. Práce na místě se omezují na montáž a utahování vysokopevnostních šroubů s minimální potřebou svařování. Naproti tomu vazníky a tuhé rámy často vyžadují rozsáhlé spojování a svařování na místě.
2. Vysoká všestrannost komponent: Jednoprostorový rám využívá omezený rozsah specifikací kuliček, šroubů a ocelových trubek, což zajišťuje vysokou zaměnitelnost dílů. To usnadňuje hromadnou výrobu, správu zásob a budoucí údržbu nebo výměnu.
1. Flexibilní a rozmanité způsoby instalace: Různé techniky – jako je montáž kus po kusu ve výšce, zvedání bloků, integrované hydraulické zvedání a kumulativní posouvání – umožňují stavbu ve velkých, ultravysokých nebo stísněných prostorech. Naopak portálové tuhé rámy a vazníky jsou výrazně omezeny provozními poloměry jeřábu.
2. Kontrolovatelná rychlost výstavby: Současná tovární výroba a montáž na místě zkracují celkový harmonogram projektu. Absence rozsáhlého svařování na místě snižuje potřebu detekce vad a antikorozní přepracování.
1. Vysoká tvarovatelnost: Všechny jsou dosažitelné obdélníkové, kruhové, eliptické, kulové a dvojitě zakřivené tvary. Pevné rámy a plošné vazníky se snaží vytvořit zakřivené střechy s velkým rozpětím, takže prostorové rámy jsou ideální pro jedinečně tvarované konstrukce, jako jsou výstavní centra a sportovní stadiony.
2. Pohodlné rozvržení střechy: Jednotné, pravidelné uspořádání uzlů horního pásu usnadňuje řádné umístění vaznic, střešních panelů a pásů světlíků. To zjednodušuje konstrukci střešního pláště a nabízí větší flexibilitu při navrhování odvodňovacích systémů a uspořádání světlíků.
1. Štíhlé, jednotné členy a vyzrálé žárové zinkování: Ocelové trubky a koule mohou být plně žárově zinkovány v továrně bez „mrtvých zón“, které se nacházejí v konstrukčních sekcích, což má za následek vynikající antikorozní kvalitu ve srovnání s tuhými rámy H-profilu. To nabízí výraznou výhodu životnosti v pobřežním nebo chemicky korozivním prostředí.
2. Snadná aplikace protipožárních nátěrů: Díky samostatným prvkům a zvládnutelným povrchovým plochám je nanášení tenkovrstvých protipožárních nátěrů materiálově efektivnější a rychlejší než potahování velkých nosníků a sloupů z plného pásu.
1. Lehký s nízkým zatížením údržby střechy; jednoduché uspořádání pro údržbu chodníků;
2. Jasné strukturální chování; jednotlivé poškozené prvky lze vyměnit na konkrétních místech bez rozsáhlé demontáže nebo úpravy střechy, což má za následek nízké náklady na údržbu.
1. Portálové pevné rámy: Vhodné pro malá až střední rozpětí; chování rovinné konstrukce; opírá se o ohebné členy; nízké náklady; nákladová efektivita prudce klesá pro rozpětí větší než 36 m;
2. Ocelové vazníky: Rovinné konstrukční chování; slabá boční tuhost; vysoká vlastní hmotnost pro velká rozpětí; vyžaduje značné svařování na místě;
3. Ocelové prostorové rámy: Prostorové konstrukční chování; preferovaná volba pro ultra velká rozpětí; vysoká tuhost; flexibilní geometrie; vysoká bezpečnostní rezerva.
1. Řezání a kování: Řezání kruhových ocelových tyčí → Středofrekvenční ohřev a kování do hrubých ocelových kuliček;
2. Obrábění: Soustružení kulové plochy → Víceúhlové vrtání otvorů pro šrouby a závitování pomocí indexovací vrtačky podle výkresů;
3. Kontrola a NDT: Kontrola závitů; testování magnetických částic (MPT) k detekci trhlin;
4. Antikorozní: Celkové žárové zinkování.
Svařované koule: Lisování ocelového plechu do dvou polokoulí → Zkosení → Montáž vnitřních prstencových výztuh → Svařování pod tavidlem pro spojení polokoulí → NDT → Broušení → Galvanizace.
1. Řezání ocelových trubek: Řezání bezešvých nebo svařovaných trubek s pevnou délkou pomocí CNC pil; včetně přídavku na smrštění při svařování; ploché čelní plochy;
2. Výroba kuželové hlavy a koncové desky: Soustružení výkovků do tvaru;
3. Montáž a svařování: Předmontáž kuželových hlav/koncových desek na koncích trubek; polohování pomocí nástrojů; celopenetrační obvodové svařování CO₂;
4. Weld NDT: Ultrazvukové testování (UT) pro kritické prvky s velkým rozpětím; namátkové kontroly svarů stupně II;
5. Narovnání a odstranění rzi: Narovnání členů; tryskání na stupeň Sa2,5;
6. Antikorozní: Celkové žárové zinkování.
1. Řezání kruhové oceli → Kalení a popouštění → Vnější soustružení → Válcování závitů;
2. Testování tvrdosti, detekce vad a žárové zinkování; současné zpracování a zinkování odpovídajících pouzder a stavěcích šroubů.
1. Vyberte 1–2 standardní jednotky pro zkušební montáž na přípravek;
2. Ověřte zarovnání kulové díry, hloubku vložení šroubu a celkovou délku prvku;
3. Upravte rozměry nestandardních dílů, abyste zajistili hladkou montáž na místě.
Číslo komponenty podle zóny a specifikace; zabalte prvky, ocelové kuličky a šrouby samostatně; označte čísly os.
1. Zaměřování a rozvržení; vyrovnání a umístění podpěr;
2. Provedení na základě stavebního plánu: montáž kus po kusu na výšku / zvedání bloku / integrované zvedání;
3. Nejprve sestavte koule spodního pásu a prvky → nainstalujte prvky pásu → sestavte horní pás; utáhněte vysokopevnostní šrouby Grade 10.9 na požadovaný moment pomocí momentového klíče;
4. Kontrola podpoložky, oprava antikorozního nátěru na svarech a aplikace ohnivzdorného nátěru.
Poznámka: Rozdíly pro svařované kulové prostorové rámy
Plně penetrační svařování spojů na místě; detekce vad pro každý průchod svarem; žádný proces utahování šroubů s vysokou pevností.
1. Ocelové trubkové členy prostorového rámu (Q235B/Q355B; Q355B preferováno pro velká rozpětí)
Běžné průměry trubek × tloušťky stěn: φ60×3,5, φ76×4, φ89×4, φ114×4, φ140×6, φ159×8, φ180×10, φ219×10
Délka hotového prvku: 1,0 m–3,5 m (standardní velikost mřížky: 1,5 m–3,0 m);
Tolerance přímosti výroby: ≤L/1000; odchylka kolmosti čelní plochy: ≤0,5 mm.
2. Šroubované koule
Průměr koule: φ100, φ120, φ140, φ160, φ180, φ200–φ400;
Tloušťka stěny: 12–20 mm; úhlová tolerance pro závitové otvory na povrchu koule: ±15′.
3. Přidružené spojovací prvky
Vysokopevnostní šrouby třídy 10.9: M12, M14, M16, M20, M22, M24, M27, M30; příslušenství: objímky, kónické hlavy, koncové desky, zajišťovací stavěcí šrouby.
4. Opěrné desky
Tloušťka základní desky: 16–30 mm; tloušťka desky výztuhy: 12–20 mm; zapuštěné kotevní šrouby: Q355.
|
Stupeň materiálu |
Mez kluzu |
Pevnost v tahu |
Pozice aplikace |
|
Q235B |
≥235 MPa |
375 až 500 MPa |
Nosné prvky s malým rozpětím s lehkým zatížením střechy |
|
Q355B |
≥355 MPa |
470 až 630 MPa |
Velkorozponový rošt přes 60 m, těžké uhelné haly a rošty továrních budov |
1. Charakteristiky únosnosti: Všechny prvky ve velkorozponové ocelové prostorové rámové konstrukci jsou vystaveny axiálnímu tahu nebo tlaku; nejsou zde žádné ohebné členy; jde o vysoce staticky neurčitou strukturu; selhání jednotlivých členů nespustí celkový kolaps.
2. Typická použitelná rozpětí
1. Prostorové rámy se šroubovanými koulemi: 12m–80m;
2. Prostorové rámy se svařovanou koulí: 50 m–180 m (pro ultra velká rozpětí a velká zatížení). 3. Typické hodnoty zatížení střechy: Vlastní zatížení 0,30–0,80 kN/m²; zatížení 0,5–1,0 kN/m²; těžké konstrukce (např. suché uhelné haly) mohou překročit 2,0 kN/m².
4. Tepelná deformace: Pro rozpětí přesahující 60 m v jednom směru musí být instalovány posuvné podpěry, aby se uvolnilo namáhání tepelnou roztažností/kontrakcemi.
1. Obvodové svary mezi členy a kuželovými hlavami: svary stupně II; 100% ultrazvukové testování (UT) pro kritické prvky s dlouhým rozpětím; 20% náhodný výběr pro standardní členy.
2. Tupé svary pro svařované koule: Svary stupně II; 100% detekce chyb u kritických projektů.
V. Antikorozní parametry
1. Továrně hotové výrobky: žárové zinkování; tloušťka zinkového povlaku ≥85 μm (≥120 μm pro pobřežní korozivní zóny).
2. Oprava poškozených míst na místě: Pískování na stupeň Sa2,5 → epoxidový základní nátěr bohatý na zinek + mezinátěr + vrchní nátěr; celková tloušťka suchého filmu ≥120 μm.
Ve veřejných budovách a průmyslových provozech aplikujte tenkovrstvé nebo ultratenkovrstvé intumescentní protipožární nátěry na základě požadované požární odolnosti (limity požární odolnosti 0,5 h, 1,0 h, 1,5 h nebo 2,0 h); tloušťka povlaku musí odpovídat příslušným normám.
1. Odchylka osy podpěry ≤±5 mm; výška horní plochy podpěry ≤±3 mm; výškový rozdíl mezi sousedními podpěrami ≤2 mm.
2. Konečný utahovací moment šroubů s vysokou pevností musí přísně dodržovat stanovené hodnoty; hloubka záběru závitu musí odpovídat konstrukčním výkresům.
Lehké prosvětlené střechy: 12–22 kg/m²
Standardní průmyslové provozy a prostory: 22–35 kg/m²
Těžké suché uhelné kůlny a střechy nesoucí těžká zařízení: 35–60 kg/m²
Adresa
Tianjin International Metal Logistics Park, Jinan Economic Development Zone (východní zóna), Jinan District, Tianjin, Čína
Tel
E-mailem