La torre de R&D de Tianjin Guangdong — 180 metros de acero pesado
Un edificio de 180 metros de alto en concreto reforzado en Tianjin, construido alrededor de columnas de acero en forma cruzada y vigas de acero en forma de H. Un marco estructural en el que cada placa de acero tenía más de 40 mm de espesor.
El proyecto en un vistazo
Ubicación: Tianjin, China. Alturas: 180 metros . Sistema estructural: Concreto reforzado de acero (SRC) edificio alto con columnas de acero en forma cruzada y vigas de acero en forma de H. espesor de la placa: Todas las placas de acero sobre 40 mm. Entrega de Permanent Steel Structure: Fabricación de los componentes del marco de acero.
A 180 metros, una torre ya no es un edificio convencional es una estructura vertical cuyo diseño se rige por la carga lateral del viento, la respuesta sísmica y la economía de cada kilogramo de acero. La torre de R&F Guangdong respondió a estas demandas con un marco de hormigón reforzado de acero: un esqueleto de acero envuelto o lleno de hormigón en el que el acero hace el levantamiento pesado y el hormigón añade rigidez, resistencia al fuego y masa. Fabricar ese esqueleto es una disciplina diferente a la de desarrollar secciones estructurales estándar. Requiere un conocimiento de las placas pesadas, porque cada placa en este proyecto superó los 40 mm, y habilidad de fabricación de secciones, porque las columnas no eran rectangulares o en forma de I, sino en forma de cruz.
¿Por qué columnas de acero de forma cruzada?
La columna de forma transversal una sección fabricada cuyo diseño se asemeja a un signo más no es decorativa. tecnologías de fabricación centrales.
Incluir y encastrar en marcos SRC
En un sistema de hormigón reforzado de acero, las columnas de acero se encuentran dentro de una matriz de hormigón. Una sección de forma transversal ofrece un área de acero grande y bien distribuida que se incrusta fácilmente en una columna de hormigón rectangular, con las cuatro alas que proporcionan anclaje natural para el refuerzo longitudinal y los estribos.
Transición a las columnas de caja en los niveles inferiores
Uno de los detalles más interesantes del diseño de SRC súper alto es la transición vertical de las formas de las secciones de columna. En los pisos inferiores, donde las cargas axiales son mayores y la demanda de rigidez es más alta, el diseño típicamente cambia de secciones en forma cruzada a columnas de caja cerradas secciones cerradas que ofrecen una rigidez torsional superior y una mayor capacidad de momento para el mismo peso de acero. La articulación de transición, donde la sección transversal se enciende en una caja, es un desafío de fabricación por derecho propio: los diafragmas internos deben transferir fuerzas de la flanza, el acceso a la soldadura debe mantenerse y la geometría debe permanecer inspectable. Hacer esta transición correcta es la diferencia entre una torre que se mantiene por un siglo y una torre que desarrolla fatiga oculta o daños que rompen las lámparas en sus posiciones más cargadas.
Fabricación de la sección transversal
La fabricación de una columna en forma transversal es la sexta de nuestras diez tecnologías de fabricación centrales. La sección se monta de las planchas de las planchas y las telas unidas por soldas de penetración completa a lo largo de su longitud. Debido a que las planchas de las planchas y las planchas de la planta se encuentran en ángulos rectos, las líneas de soldadura forman una red continua de cuatro vías que deben secuenciarse cuidadosamente para controlar la distorsión angular. El procedimiento de fabricación que desarrollamos para este proyecto placas cortadas en llamas, jigs de montaje de alta precisión, pases de raíz restringidas, secuencia de soldadura equilibrada y controles dimensionales finales de la cuadratura de la flange mantuvo cada columna dentro de las tolerancias que exigió la conexión de diseño.
Acero de soldadura con un espesor superior a 40 mm
En toda la torre, cada placa de acero tenía un espesor superior a 40 mm. Esta frase define la dificultad técnica del trabajo, ya que la soldadura de placas gruesas se rige por un conjunto de físicas diferentes a la soldadura de secciones estructurales ordinarias.
Gestión del calor y precalentamiento
La soldadura de placas gruesas significa la gestión de la entrada de calor sobre un gran disipador de calor. Sin precalentamiento controlado y temperatura de paso intermedio, la grieta inducida por hidrógeno puede desarrollarse en las zonas afectadas por el calor horas después de la soldadura, invisible a simple vista. Cada procedimiento de soldadura en este proyecto especificó temperaturas de precalentamiento, límites de temperatura de paso intermedio y control de enfriamiento, validados por los registros de calificación del procedimiento de soldadura requeridos antes de que comenzara la soldadura de producción.
Propiedades de espesor a través y rasgo de la lámina
Cuando las soldas de penetración completa conectan las placas en ángulos rectos, las cepas de contracción fuera del plano actúan a través del grosor de la placa. La placa ordinaria puede rasgar las inclusiones bajo este retención un defecto llamado rasgado lamellar que es extremadamente difícil de reparar en el campo. Para las articulaciones pesadas de la Torre R&F Guangdong, se especificaron las placas con propiedades de espesor verificadas a través (dirección Z), y la secuencia de soldadura se organizó para minimizar la retención siempre que fuera posible.
Control de la reducción y de la distorsión de la soldadura
Las placas de cuarenta milímetros son rígidas, y cuando se soldan placas rígidas, la contracción de soldadura no desaparece se mueve el montaje. Controlar la rectabilidad general de los miembros requiere una colocación de soldadura equilibrada, secuenciación estricta y, cuando sea necesario, preestablecimiento de camber y contracamber. Nuestro taller registró valores de contracción reales en los pases anteriores y los envió de nuevo al plan de fabricación, de modo que las columnas y vigas completas llegaron al sitio con dimensiones que hicieron que el marco encajara.
Pruebas no destructivas
Las soldas de penetración completa en una torre de 180 metros no se pueden confiar solo en la inspección visual. Las soldas de producción fueron probadas por inspectores calificados pruebas ultrasónicas en las articulaciones de conexión pesadas, con la inspección de partículas magnéticas y visuales suplementarias de superficies y soldas de filete. Los probadores, procedimientos y equipos estaban calificados y documentados, de modo que cada soldada en el marco lleva su propio registro de inspección verificable.
El sistema de acero-concreto reforzado (SRC)
La construcción de SRC es una de las tecnologías definitorias de la ingeniería de edificios altos en China. Combinando elementos de acero laminados o fabricados con hormigón armado, mezcla las mejores propiedades de ambos materiales en lugar de comprometerse entre ellos.
- Fuerza y ductilidad: La sección de acero envuelta lleva una gran parte de la carga axial y proporciona una excepcional ductilidad bajo la acción sísmica, permitiendo que la estructura absorba la energía del terremoto mediante un rendimiento controlado en lugar de una falla frágil.
- Regardación y derivación: El hormigón añadido alrededor y entre las secciones de acero aumenta la rigidez y la masa de la flexión, controlando la deriva sin requerir secciones de acero aún más pesadas.
- Resistencia al fuego: El hormigón aisla naturalmente el acero encasillado, reduciendo o eliminando de manera dramática el coste de protección contra incendios que suponen los marcos de acero desnudos.
- Secuenciación de la construcción: El marco de acero se auto-suporta durante la erección, por lo que se pueden construir pisos alrededor de él antes de que madure el envase de concreto manteniendo el horario de la superestructura en un ritmo de construcción de acero.
Barras de acero en forma de H y pisos compuestos
El marco del piso utiliza vigas de acero en forma de H que actúan en forma de composición con losas de hormigón a través de los estudos de corte. La acción compuesta, en la que la losa de hormigón actúa como una flange de compresión sobre el vigas de acero, aproximadamente duplica la rigidez disponible solo en la sección de acero y mantiene las profundidades del piso y las alturas de los pisos económicas una consideración dominante en una torre de 180 metros donde cada centímetro de altura del piso se multiplica en más de cuarenta niveles de fachada, servicios y estructura.
La ingeniería de un edificio alto
La altura redistribuye las prioridades de ingeniería.En un edificio de bajos pisos, la gravedad domina; más allá de aproximadamente 100 metros, el comportamiento del viento y el sísmico se vuelven coequivalentes con la gravedad, y más allá de 150 metros varios efectos se vuelven realmente graves.
Resistencia y derivación de la carga lateral
A 180 metros, la presión del viento en la parte superior de la torre es significativamente mayor que en la parte superior, y el edificio responde a las ráfagas dinámicamente. El marco SRC debe controlar la deriva entre plantas no solo para la seguridad estructural sino para el confort de los ocupantes.
El acortamiento axial y el movimiento diferencial de la columna
Las diferentes columnas en un marco alto llevan diferentes cargas axiales, por lo que se acortan en diferentes cantidades bajo la gravedad a veces por centímetros medibles en la parte superior de un edificio de 180 metros. Si no se acompaña, este acortamiento diferencial distorsiona los pisos, divide las particiones y presiona los ascensores de servicio. La fabricación del taller compensa con pre-camber calculado en columnas, y la secuencia de erección explica el acortamiento que se acumula a medida que se añaden pisos arriba.
Desarrollo de las conexiones y el rendimiento sísmico
Tianjin se encuentra en una región sísmicamente activa, por lo que el marco fue diseñado y detallado para el comportamiento ductile bajo carga sísmica. Las conexiones entre vigas y columnas se detallan como juntas resistentes al momento capaces de desarrollar el comportamiento de la bisagra de plástico.
Estabilidad en la etapa de construcción
Durante la erección, un alto marco de acero es en su punto más vulnerable: desnudo, sin abrazamiento por los pisos y sujeto al viento antes de que el revestimiento lo proteja. El análisis de las etapas de erección y los planes de fijación temporal formaban parte del ámbito de la ingeniería, asegurando que la torre parcialmente terminada fuera estable en cada fase de la construcción, incluida la ventana crítica durante la transición de las columnas de forma cruzada a las cajas en los niveles inferiores.
El viaje de fabricación en nuestra fábrica
La fabricación de secciones pesadas de más de 40 mm es una línea de producción diferente a la fabricación de la luz.
- Concurso de acero: Las placas se ordenaron con arreglo a las especificaciones del diseñador con certificados de molino verificados en cuanto a química, propiedades mecánicas y garantías de espesor a través de la dirección Z.
- Cortes con control numérico: las flanges, las telas y las placas finales se cortaron directamente a partir de los datos del modelo 3D por máquinas NC, eliminando errores de diseño manual en piezas medidas en metros y pesadas en toneladas.
- Ensamblaje y acoplamiento: Las placas se colocaron en trenzas que bloquean la geometría de la sección transversal antes de que comience cualquier soldadura de producción, por lo que el error de fabricación acumulativo permanece dentro de la tolerancia.
- Soldadura controlada: Las soldas de penetración completa se realizaron con procedimientos cualificados, monitoreo de precalentamiento y control de interpases, con identidades del soldador vinculadas a cada soldada para su trazabilidad.
- Mecanizado y perforación: Las superficies de conexión se mecanizaban planas donde las espillas de rodamiento finales lo requerían, y los agujeros de perforación o perforado de patrones de código.
- Ensamblaje de ensayo: las articulaciones más críticas de columna a columna y de columna a haz fueron instaladas en secado en el taller para verificar su ajuste antes de que los componentes se enviaran a Tianjin a cientos de kilómetros.
- Específicos de la pintura: la preparación de la superficie a una limpieza especificada seguida del sistema de recubrimiento de protección, con un grueso de película seca enlazado articulado por articulado.
El resultado de esta secuencia: componentes que llegaron al sitio en secuencia, se montaron sin reelaboración, y entraron en el marco en el ritmo que exige un horario de erección súper alto.
Conformidad, pruebas y trazabilidad
El trabajo de acero en edificios super altos se mantiene a normas que no dejan lugar a la esperanza. Nuestro sistema de calidad de fabricación implementa los requisitos pertinentes de las normas chinas de estructura de acero incluyendo GB 50205 para la aceptación de calidad de construcción y GB 50661 para la soldadura de estructuras de acero con requisitos adicionales específicos del proyecto establecidos por el equipo de diseño y la organización independiente de supervisión.
- Trazabilidad del material: Cada placa conserva su número de calor mediante el corte, montaje y transporte, por lo que cualquier componente puede ser rastreado hasta su certificado de molino.
- Calificación del soldador y del procedimiento: Sólo los soldadores calificados para el procedimiento específico, la posición y el grosor de la placa realizaron soldas de producción.
- TN y registros: Los resultados de las pruebas de ultrasonido, partículas magnéticas y visuales se registraron con identidades únicas de soldadura, formando un expediente de inspección completo por miembro.
- Supervisión independiente: Los inspectores de terceros presenciaron puntos clave de espera verificación de materiales, ensayos de soldadura de muestras, ensayo de ensamblaje y liberación final antes de la expedición, según lo requerido para esta clase de proyectos.
La trazabilidad no es burocracia; es la garantía de que si alguna vez se cuestiona algo, cada soldadura tiene un nombre, cada placa tiene una historia y cada tolerancia tiene un rastro de auditoría.
Lo que demostró la Torre de Guangdong
Para Jiangsu Permanent Steel Structure, la torre R&F Guangdong es una demostración de la capacidad en el extremo pesado del mercado. gestión de precalentamiento, control de material en dirección Z, secuencias de soldadura conscientes de la retención y NDT en cada articulación crítica.
También demuestra el valor de un fabricante de cadena completa de la industria. La misma empresa que fabrica redes de esfera de perforación para techos de 200 metros de luz y sistemas modulares para estaciones de investigación antárticas puede entregar el acero pesado fabricado de una torre comercial de 180 metros porque las disciplinas subyacentes soldadura controlada, material verificado, disciplina dimensional son las mismas, escaladas a un orden de magnitud diferente.
Elegir el acero que pueda soportar la carga
Las placas pesadas merecen una fuerte discusión sobre el acero en sí mismo. a través de la torre, las placas superiores a 40 mm llevaban las tensiones más altas del edificio, y su calidad material tenía que coincidir con la gravedad de las cargas.
Selección de los grados y soldadura
Las placas fueron especificadas a los grados de acero estructural adecuados para el servicio de pisos altos pesados con una resistencia de rendimiento garantizada y una composición química controlada para su soldurabilidad. A medida que crece el espesor, el control equivalente al carbono se vuelve decisivo: el acero que soldar limpio a 12 mm puede romperse a 50 mm si su composición recompensa la ingesta de hidrógeno.
Desempeño a través del espesor (Z)
Cuando las soldas de penetración completa cargaban placas a través de su espesor el caso clásico es una flange de viga soldada a una cara de columna la ductilidad de espesor de las placas tenía que ser garantizada. Las placas para estas juntas se especificaron con propiedades verificadas de dirección Z, proporcionando la resistencia a la desgarra de la lámina que una articulación de placa gruesa muy restringida exige. Una placa puede pasar todas las pruebas convencionales y aún fallar a través de su espesor bajo la soldadura; la especificación Z cierra esa brecha en los soportes que más importan.
La dureza de los impactos para un servicio confiable
Una torre que se encuentra en un invierno frío de Tianjin necesita acero que se comporte de manera predecible a bajas temperaturas. La especificación incluyó la verificación de la resistencia al impacto en el rango de temperatura de servicio del proyecto, con datos de prueba en las placas suministradas que confirman que ni el metal base ni el metal de soldadura se volverían frágiles en las condiciones más frías creíbles que el edificio enfrentará en su vida.
Las articulaciones y el levantamiento de miembros pesados
No hay naves de torre en una sola pieza. Las columnas se fabrican en comprimentos manejables de navegación y elevación, y las articulaciones entre ellas las espillas se convierten en las conexiones más escrutadas en el edificio.
Donde se rompe la columna
Las juntas de rodamiento de las columnas más pesadas llevaban la sección completa de compresión a través de superficies mecanizadas, con elementos soldados o enroscados que garantizaban la continuidad contra la tensión y el momento. La cara de rodamiento de la molienda es un detalle que separa la práctica estructural pesada de la fabricación rutinaria: requiere precisión de mecanizado medida en decenas de micrones para que la columna lleve la carga cuadrada a través de la articulación, no a través de un borde.
El levantamiento de acero medido en toneladas
Las placas de cuarenta milímetros hacen miembros pesados. Cada pieza de columna fue levantada con un engranaje diseñado para su masa y geometría, utilizando grúas iguales a los ascensores más pesados en cada etapa de la elevación de la torre con el plan de elevación revisado piso por piso a medida que el alcance y el espacio cambiaban. Los miembros llegaron con los lugs de elevación en su lugar, equilibrados para el engranaje, de modo que el equipo del sitio manejó cada pieza en minutos en lugar de argumentos.
Estabilidad temporal en el aire
Entre el momento en que se libera una pieza de columna de la grúa y el momento en que se conecta a un marco apertado, la estructura se basa en estabilidad temporal. El análisis de la etapa de erección identificó las configuraciones vulnerables, y las reglas temporales de guía, apertamiento y secuenciación de conexión aseguraron que el marco nunca dependiera de la suerte solo del plan. En una torre de esta altura, la etapa de erección termina cuando el acero superior está encerrado, y cada etapa intermedio tenía que ser un edificio estable en su propio derecho.
Manejar la tolerancia y la protección a través de la altura
Control de tolerancia acumulada
Las tolerancias de fabricación y erección se acumulan como el interés compuesto: un milímetro de magra en la base puede convertirse en centímetros de desplazamiento en la corona si nada lo corrige. El proyecto controló esta cascada con puntos de encuesta definidos en cada nivel completado la tubería de columna, la posición del plano y el nivel del piso fueron verificados antes de que se estableciera el acero de los siguientes pisos, y las conexiones de espliza proporcionaron la oportunidad de empujar la geometría hacia la posición de diseño. Los registros de la encuesta se convirtieron en parte del archivo de ingeniería permanente del edificio: la historia documentada, nivel por nivel de cómo la torre se mantuvo recta.
Estrategia de protección contra incendios
El sistema SRC acortó la conversación de protección: el envoltorio de concreto alrededor de las columnas de acero y la construcción de pisos calificados por fuego proporcionan gran parte de la resistencia al fuego que la torre necesita, protegiendo al acero de la degradación térmica durante el incendio mientras la acción compuesta continúa llevando carga.
Productos y tecnologías relacionados
Componentes de acero
Columnas, vigas, aparatos y conexiones pesadas fabricadas la columna vertebral de la fabricación de acero de gran altura e industriales.
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Capacidades de ingeniería
Diseño, detalle, ingeniería de fabricación y ingeniería de erección bajo un mismo techo con trazabilidad total.
Lo que una torre de 180 metros enseña a un fabricante
Cada torre superalta deja más atrás en su fabricante que hormigón y acero; deja capacidad. Las disciplinas que la Torre Guangdong exigió soldadura de placas pesadas con entrada de calor controlada, fabricación de columnas en forma transversal con ensamblaje medido, coordinación de esplice que hizo de un marco de 180 metros una sola estructura continua se convirtieron en procesos de fábrica que llevan directamente al siguiente proyecto. Un soldador que ha calificado en 40 mm trabaja con una confianza diferente. Una tienda que tiene un control de tolerancia comprobada en las transiciones de caja-columna tiene un estándar en cada sección que corta después.
Esta transferencia es la razón por la que Permanent Steel trata los edificios emblemáticos como inversiones en sí mismos, tanto como los contratos. El sistema de calidad, los registros de calidad, los procedimientos de elevación y erección desarrollados en esta torre ahora pertenecen a toda la empresa por lo que el próximo edificio alto, o el próximo proyecto de placa gruesa en cualquier parte del mundo, comienza desde una línea de base más alta que esta.
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