Trastes de tuberías de acero — El sistema de techos de gran luz del ingeniero
Una caja de tuberías de acero transfiere cargas de techo a través de una red triangular de secciones huecas circulares en tensión y compresión axial pura. Es la forma más eficiente de techar una estación, un corredor aeroportuario, un estadio o una sala de exposiciones y es el sistema que mantenemos un Calificación de fabricación de clase especial Muy pocos fabricantes de acero en China pueden decir eso.
¿Qué es una caja de metal?
Un tronco de tubería de acero es un marco triangular construido de tubos de acero típicamente secciones huecas circulares (CHS)Los miembros se disponen en unidades triangulares: dos acordes paralelos (arriba y abajo) llevan la acción de flexión como una pareja interna de tensión y compresión, mientras que los miembros de la red entre ellos llevan el corte como diagonales. Debido a que cada articulación está idealizada como un pin, cada miembro lleva solo la fuerza axial.
La consecuencia práctica es una estructura que se extiende más, con menos acero, que un haz sólido de la misma profundidad y peso. Para un techo de 60 120 m, los miembros en acción axial pura utilizan aproximadamente un tercio a la mitad del acero de una solución equivalente de haz laminado por lo que las trampas de tuberías dominan la ingeniería de techo de gran luz en todo el mundo.
Un tubo de celosía difiere de un estructura de la rejilla espacial en su trayectoria de carga: un celosía es un lineal Esqueleto que se extiende en una dirección principal, mientras que una cuadrícula es una de dos vías red que distribuye la carga en ambas direcciones del plano. Cárpido de haz H En sus miembros: la sección circular cerrada no tiene eje débil, por lo que su resistencia a la torsión es la misma en todas las direcciones algo que una sección I abierta nunca puede ofrecer. Explicamos ambas comparaciones en detalle a continuación.
Por qué las secciones huecas circulares superan a las secciones abiertas
No hay eje débil
El acoplamiento de un miembro de compresión se rige por su mínimo El eje de la sección H tiene un eje mayor fuerte y un eje menor débil; la delgadez real del miembro está determinada por ese eje débil, y el material de eje fuerte se desperdicia parcialmente.¿Qué es esto?¿Qué es esto? = ¿Qué es esto?y elEn el caso de las zonas transversales, el CHS proporciona normalmente una 2035% más alto de radio mínimo de giro En el caso de las conexiones de conexión, el valor de la resistencia a la torsión de la línea de carga es de un 20% menos que en el caso de una sección H, que se traduce directamente en una mayor resistencia a la torsión o, por el contrario, en un acero de un 2035% menos para la misma carga axial.
Rigididad torsional de una sección cerrada
La constante torsional de una sección cerrada J es ordenes de magnitud más grande que una sección abierta de área similar. Las celosía de tubería se erigen con frecuencia como asambleas largas y delgadas, levantadas en segmentos, transportadas y sujetadas temporalmente etapas donde los miembros de la sección abierta pueden retorcer de manera impredecible. Los tubos cerrados permanecen dimensionalmente estables, lo que simplifica el manejo, la erección y el control de la camara, y también le da a la estructura terminada una robustez real contra la excéntricidad fuera del plano en las articulaciones.
Eficiencia aerodinámica
La superficie cilíndrica lisa de un CHS tiene un coeficiente de resistencia aproximadamente un tercio de una placa plana (cilindro circular C)El Para un techo de gran luz en un lugar expuesto, el viento es a menudo la carga de gobierno cada reducción en CEl La superficie redonda también arroja lluvia y nieve más fácilmente y no atrapa escombros como lo hacen los bolsillos de sección abierta.
Menos superficie, menos revestimiento, menos protección contra incendios
Para un área de sección transversal dada, una sección circular tiene el perímetro superficial más pequeño de cualquier forma de sección. Menos superficie significa menos limpieza por explosión, menos pintura, menos recubrimiento de fuego intumescente y menos mantenimiento durante la vida del edificio.
Una cueva honesta
Las juntas de CHS son más complejas de fabricar que las conexiones de secciones H boltadas o soldadas, y la sección cerrada hace que las esplices de sitios boltados sean más difíciles que las secciones abiertas. Es por eso que la fabricación de celosía de tuberías es un comercio especializado y por eso la calificación para hacerlo en el grado más alto importa. El óptimo económico no es "siempre CHS", es "CHS donde la eficiencia axial y la estética dominan" que es exactamente la aplicación de techo de gran luz que cubre esta página.
Artigos de la sección de la sección de articulación: T, Y, X, K y KK Gap vs Overlap
Un tronco de tubería se ve simple hasta que se llega a un nodo. En cada nodo, tres, cuatro o cinco tubos convergen en diferentes ángulos de plano y elevación en un acorde continuo. La articulación es donde el tronco vive o muere.
- Las articulaciones T y una sola rama que se encuentra con el acorde (perpendicular o inclinado); típico de las intersecciones de la línea de la red de la mitad de la extensión.
- Las articulaciones X dos ramas opuestas; común en los puntos del panel de la cuerda inferior del tronco donde los soportes o colgantes aterrizan.
- articulaciones K y N dos ramas en el mismo lado del acorde formando un patrón K o N; éstas dominan las celosías prismáticas.
- articulaciones KK (doble-K) dos articulaciones K en caras opuestas del acorde, típicas de los sistemas de celosía tridimensionales.
Las articulaciones K se dividen en articulaciones de hueco y articulaciones superpuestas. En una articulación de hueco los dedos de las ramas se separan por una brecha clara medida a lo largo de la superficie del acorde. En una articulación de superposición, la pared de una rama se superpone a la otra, y la rama superposición se soldan a la rama a través. Las articulaciones de superposición llevan carga directamente entre las ramas y son más rígidas, pero requieren soldadura de múltiples pasos en posiciones restringidas y parcialmente ocultas. Las articulaciones de hueco son más fáciles de soldar e inspeccionar, por lo que un buen diseño maximiza las articulaciones de hueco y se superpone solo cuando el diseño lo fuerza. Los parámetros de gobierno la relación de diámetro β = d1/D, la delgadez de los acordes γ = D/2T, y la relación de espesor de la pared τ = t1/T decide el modo de falla de la articulación: plastificación de la cara de la cuerda para pequeñas β, corte de punción de la pared de la cuerda, rendimiento de la pared lateral o abrochamiento local de la rama.
Debido a que la rama se encuentra con una superficie curva, la intersección es una Curva tridimensional de la sillaLa soldadura alrededor de esa curva tiene un ángulo diédrico que varía continuamente el ángulo entre la pared de la rama y la superficie del acorde cambia desde la corona de la intersección hasta el dedo. Los ángulos diédricos por debajo de unos 30 ° hacen que la accesibilidad a la soldadura y la calidad de la fusión sean realmente difíciles, y los códigos responden exigiendo diferentes detalles de soldadura, tamaños de garganta y niveles de inspección a medida que cambia el ángulo diédrico. Esta es exactamente la razón por la que la industria se ha movido a la perfila de tuberías CNC, que corta esa silla y su bevel programáticamente en lugar de a mano.
Para el diseño, la capacidad de articulación tubular se comprueba a GB 50017 (Estándar de diseño de estructuras de acero) con las guías de diseño de las articulaciones de sección hueca de CIDECT y EN 1993-1-8 Los controles de capacidad típicos abarcan la plastificación de la cara de la cuerda, la corte de punción, la corte de la pared de la cuerda y la corte local del braza. Para las articulaciones bajo carga de fatiga edificios de grúas en movimiento o techos con respuesta dinámica al viento significativa el detalle de soldadura y la clase de NDT se actualizan a soldas de penetración completa con verificación radiográfica o ultrasónica.
Realidad de la geometría de soldadura
En el talón de una rama, el ángulo diédrico se acerca a 180° y la soldadura se convierte en un filete; en el dedo se acerca al rango agudo donde la penetración completa de la raíz es prácticamente imposible.
Fabricación de una caja de tuberías: CNC Profilado, soldadura y NDT
Profilado de tubos CNC
Las tuberías de rama se cortan en máquinas de corte de tuberías CNC de 5 ejes que generan la geometría de la intersección de la silla y su bevel que varía continuamente en un programa, desde el modelo 3D. El corte más el bevel en un solo paso elimina el error de fabricación clásico un corte de silla tomado de un patrón plano y tierra para ajustarse, lo que deja una brecha de raíz variable e invita a defectos de soldadura. Nuestras máquinas manejan el rango estándar de miembros de 60400 mm CHS, con flexión de tubos grandes de 114630 mm en dobladores hidráulicos CNC.
Soldadura a procedimientos cualificados
Cada procedimiento de soldadura está calificado para GB 50661 (saldición de estructuras de acero) y AWS D1.1, y cada soldador está certificado para el tipo específico de unión, posición y rango de espesor que soldan. Los acordes largos se soldan con soldadura de arco sumergido (SAW) para la velocidad y la consistencia; las juntas rama a corda en todas las posiciones utilizan soldadura de arco de flujo con el corazón de gas (FCAW) o soldadura manual de arco para el acceso. El control de precalentamiento y la interposición siguen el grado de material y el espesor típicamente precalentado a 100 150 ° C por encima de la pared de 30 mm.
TN en cada articulación crítica
Las soldas de penetración completa se verifican mediante pruebas ultrasónicas (UT); defectos superficiales por partículas magnéticas (MT); y las articulaciones más críticas típicamente conexiones de cordas de pico en soportes por pruebas radiográficas (RT). Los informes de NDT son muy rastreados: cada mapa de soldadura traza su registro de procedimiento, soldador y informe de inspección, por lo que un defecto encontrado en el campo dentro de diez años puede ser rastreado hasta su día de fabricación.
Pre-asamblea digital
Los nodos complejos y los segmentos completos de la celosía se verifican antes de la entrega por un ensamblaje de prueba 1: 1 donde la geometría es crítica, más escaneo láser 3D comparado con el modelo BIM para la firma de tolerancia de fabricación. Para segmentos repetitivos, un ensamblaje de ensamblaje calificado de segmentos de primera vez más escaneo de segmentos de producción proporciona la misma seguridad en una fracción del tiempo de trabajo.
La calificación de fabricación de tramos de tuberías de clase especial
China clasifica a las empresas de fabricación de estructuras de acero por un sistema de clasificación nacional, y la Clasificación especial (teji) La calificación de fabricación es la más alta. La posee muy pocas empresas en el país, y es exactamente la calificación que requieren las grandes licitaciones de infraestructura estaciones de ferrocarril de alta velocidad, aeropuertos, estadios de sus fabricantes de acero.
Tener la certificación de Clase Especial no es una placa de pared. Certifica que nuestro sistema de gestión de calidad, cobertura de procedimientos de soldadura, capacidad NDT, mano de obra calificada y capacidad de producción cumplen con el estándar requerido para las estructuras de red y troncos más exigentes del país y se auditó y verificó de nuevo. Es una de las seis cualificaciones de alto nivel que la compañía tiene en la fabricación de red de esfera con perforación, troncos de tubería y estructuras de acero.
Para un propietario de proyecto, esto es lo que significa en términos prácticos: las tramas sobre su techo están siendo fabricadas por una organización que ya ha demostrado ser capaz de las estructuras más complejas de su clase bajo los mismos procedimientos, las mismas soldadoras y el mismo régimen de inspección.
Donde las trampas de tuberías de acero son la respuesta correcta
| Aplicación | Espana típica | Por qué un tubo de madera |
|---|---|---|
| Estaciones de ferrocarril y metro | 30 100 m | Forma de dosel curvo sobre plataformas; largas extensiones transparentes sobre vías con cero columnas medias de extensión; rápida erección en ventanas restringidas sobre las operaciones ferroviarias en vivo |
| Terminal de los aeropuertos y los concursos | 40 120 m | Techos abovedados de perfil escultórico; grandes zonas de entrada y embarque sin columnas; buen rendimiento dinámico bajo multitud y carga de viento |
| Estadios y arenas | 60 a 120 m | Estructura expuesta como arquitectura; tramos de anillos y tramos radial con dosel de cantilever alrededor del tazón |
| Centros de exposiciones y conferencias | 40 120 m | Granas salas ininterrumpidas para cabinas y vehículos; clarezas ajustables para el techo; integración de servicio dentro de la profundidad del trasero |
| Los talleres industriales de larga distancia | 60 a 150 m | Trabajos de carbón, depósitos, hangares de mantenimiento volumen máximo de limpieza por debajo, mínimo de acero por encima |
Estación de ferrocarril de Daqing Occidental 17.000 m2 de techo de rejilla y celosía a −35°C
Daqing, en la provincia de Heilongjiang, es una de las grandes ciudades energéticas de China el hogar del campo petrolero de Daqing y la estación de tren de Daqing West es su puerta de entrada. 17,000 m2 de rejilla de pirámide triangular combinada con estructuras de troncos, con un 65 metros de luz principal. La solución híbrida no fue un accidente: la red bidireccional abarca las zonas normales de los pasillos donde su acción espacial es más eficiente, mientras que las tramas de tuberías lineales transportan las largas franjas transparentes y las zonas de borde donde una línea estructural de un solo sentido da al arquitecto el perfil necesario para la estación.
Daqing se encuentra en China zona de clima frío intenso (GB 50178), con una temperatura de diseño de invierno de -35 ° C y una carga de nieve sustancial. Cada detalle de soldadura, cada selección de grado de acero y cada secuencia de erección tuvieron que sobrevivir a temperaturas en las que el acero se hace frágil si se elige el grado, procedimiento o notch incorrecto detalle. Y la ventana de construcción es brutalmente corta aproximadamente seis a siete meses de temporada de trabajo al año en Heilongjiang.
La lección de Daqing se aplica mucho más allá de las regiones frías: la prefabricación completa de la fábrica más el montaje rápido del sitio es lo que hace que la construcción de estaciones de largo alcance sea posible dentro de una temporada corta. Cada miembro llegó cortado, soldado, revestido y numerado; el trabajo del sitio fue paralizando, emplazando y selando. Para los propietarios, eso es certeza de horario; para los ingenieros, es una referencia probada de que el mismo equipo puede entregar estructuras complejas, híbridas y desafiadas por el tiempo Proyecto de la estación de tren de Daqing Occidental y otros proyectos de infraestructura.
Trus de tubería de acero vs estructura de la rejilla espacial: cómo elegir
Los dos sistemas son "marcos espaciales" en el sentido amplio, y ambos están en nuestra cartera de fabricación. Fabricamos redes de esferas enboltadas, redes de esferas soldadas y troncos de tuberías bajo el mismo techo, por lo que el consejo de selección a continuación no es comercialización de un producto.
| Parámetro | Término de la tubería de acero | Estructura de la rejilla espacial |
|---|---|---|
| Camino de carga | Unidireccional dos acordes más red, que se extienden linealmente | En ambos sentidos red ortotrópica distribuyendo carga en ambas direcciones de la planta |
| Mejor geometría de plan | Salones lineales, dosellas curvas, tiras largas, techos de altura | Largas extensiones bidireccionales sobre rectángulos, cuadrados, redes de columnas irregulares |
| Rango de duración típico | 30120 m (hasta 150 m con secciones pesadas) | 40150 m+ con acción bidireccional |
| Relación profundidad / estiramiento | 1/12 1/20 típico | 1/10 1/15 típico |
| Conto conjunto | Pocos nodos menos soldas, fabricación más rápida por tonelada | Muchos nodos cientos de centros o juntas soldadas |
| Expresión arquitectónica | Estrecha, fluida, escultórica estructura expuesta como identidad | Modelo de tectónica, uniforme y de techo celular |
| Conexiones de sitio | Las partes de acorde en los puntos del panel | Conexiones de cubo boltado o nodos de parche soldados |
| Cuándo elegir | Las curvas o líneas de extensión larga; los tejados de las estaciones, los corredores, los anillos del estadio véase también celosías de caja curvas y Cachos de forma H | Los dos caminos de la construcción de las casas de construcción sistema de red de esferas enbolsadas |
Parámetros de diseño: con lo que trabajamos
Escala y profundidad
Las tramas de tuberías de acero son económicamente viables desde aproximadamente 30 m y cómodo para 120 m La profundidad estructural es típicamente de 1/12 a 1/20 del espacio más profundo para techos industriales pesados, más poco profundo para las indicaciones arquitectónicas donde la trampa está expuesta.
Tamaños de miembros
El rango estándar de miembros es CHS 60400 mm de diámetroLos acordes son los miembros continuos de mayor diámetro; las ramas de la red son más pequeñas. Los miembros curvos de gran diámetro (114630 mm) se doblan en dobladores hidráulicos CNC para geometrías de dosel y anillos. Cuando el fuego o la corrosión dominen, los horarios de miembros pueden ser actualizados con especificaciones de revestimiento más pesadas sin cambiar la estructura.
Cargas y códigos
El diseño sigue GB 50009 (cargas), GB 50017 (diseño de acero), GB 50661 (saldición) y GB 50153 (confiabilidad), con EN 1993-1-8 / CIDECT La nieve, el viento, el sismo y la temperatura son todos específicos del clima un techo de una estación de 65 m en Daqing rige sobre la nieve y el comportamiento de los materiales de -35 °C, mientras que la misma extensión en una ciudad costera rige sobre la succión de tifón en el sistema de revestimiento del techo.
Reglas prácticas de ingeniería
- Necesidad de celosías largos soportes deslizantes o con zapatos de rodamiento en un extremo para adaptarse al movimiento térmico típicamente 4060 mm de capacidad de movimiento por 100 m de acero.
- El límite de desviación del techo es comúnmente de la extensión 250 a la extensión 400 dependiendo del sistema de revestimiento; se aplican límites más rígidos cuando el movimiento del techo sea visible.
- La funcionalidad de las vibraciones es importante en los edificios públicos: las frecuencias de las estructuras se controlan contra la multitud y la excitación del viento, y se verifica la comodidad de caminar en zonas de suelo sobre espacios públicos.
- La protección contra incendios de los acordes expuestos utiliza revestimientos o sistemas de tablas intumescentes a la calificación legal; la redundancia de carga se verifica en el caso de incendio para que una sola falla de miembro no pueda suceder en cascada.
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Antes de especificar, revise en profundidad las opciones de conexión soldada: especificaciones de diseño y fabricación de conexiones de tuberías de celosía (articulaciones K/T/Y/KT, EN 1993-1-8) →
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