Integración de grúas pesadas y diseño de fatiga para talleres industriales

Tamaño de la columna: la grúa es la carga de gobierno

En un taller industrial típico sin grúas, las columnas se dimensionan para la carga de gravedad (techo muerto + vivo + nieve, peso del revestimiento de la pared) y carga lateral (viento, sísmica). Para un taller de 24 m de luz, 8 m de altura de la abertura, una columna de gravedad puede ser una sección H de 400 × 200 × 8 × 12 aproximadamente 60 kg / m. Agregue una grúa de 50 t, y la columna debe resistir ahora:

• Carga vertical de las ruedas de la grúa: Una grúa de 50 toneladas con su carro a la máxima compensación transfiere hasta 350-400 kN por par de ruedas al haz de aterrizaje, que lo transfiere a la columna.
• Fuerza de frenado lateral: Cuando la grúa frena mientras se cruza, genera una fuerza horizontal de aproximadamente 10-20% de la carga levantada 50-100 kN para una grúa de 50 toneladas aplicada en el nivel de haz de aterrizaje, 6-8 m sobre la base de la columna.
• Fuerza de frenado longitudinal: Cuando la grúa frena a lo largo de la dirección de la pista, genera una fuerza longitudinal que debe transferirse a través del haz de la pista al sistema de fijación lateral del edificio.
• Impacto de la balanza de las grúas: El factor de amplificación dinámica de las cargas de grúa es típicamente de 1,25 a 1,40, teniendo en cuenta el impacto de la elevación de las cargas del descanso y la aceleración/desaceleración del carrito.

La columna que era 400×200×8×12 sin grúa se convierte en 500×500×20×25 o más grande aproximadamente 250 kg/m con una grúa de 50t. La conexión de base de la columna, los pernos de anclaje y la base deben ser redimensionables para las cargas verticales, laterales y de momento combinadas. Esta no es una "columna más grande" es un diseño estructural fundamentalmente diferente que comienza con las características de carga de la grúa, no la geometría del edificio.

Análisis de la fatiga para los haces de pista de grúa

Un haz de pista de grúa es uno de los pocos elementos estructurales en un edificio que está explícitamente diseñado para la fatiga. A diferencia de los haces de gravedad, que se cargan de forma estática y continua, un haz de pista experimenta una carga de punto de movimiento que cicla millones de veces durante la vida útil del edificio. Un taller que opera dos turnos al día, 250 días al año, con 50 ascensores de grúa por turno, acumula 2,5 millones de ciclos de carga en 10 años.

El diseño de la fatiga se rige por el rango de tensión la diferencia entre la tensión máxima y mínima en un punto dado del haz durante un ciclo de carga y el número de ciclos. Los detalles críticos no son el haz en sí, sino las conexiones: las soldas que conectan las placas de los relés-clip a la flanza superior, las soldas que conectan los rígidos de la red y las conexiones de las placas finales a la columna. Estos son los detalles críticos de la fatiga donde las grietas se inician y se propagan.

Nuestro diseño de haz de aterrizaje sigue el GB 50017 (código de diseño de estructuras de acero chinas) y el AISC 360 (en caso de ser necesario para proyectos internacionales), con las siguientes disposiciones específicas de fatiga:

• Conexión entre cintas de tren y cintas de cintas: Las soldas de filé con tamaño para la categoría de fatiga, con molienda de los dedos de la soldadura para reducir la concentración de estrés. Para las grúas de carga pesada (clase A6-A8 por FEM 1.001), las placas de clip con perforación reemplazan a los clipes soldados para eliminar por completo los detalles de soldadura propensos a la fatiga.
• Conexión de estrificador de red: Los rígidos se instalan (arremolcan contra la flange superior) para transferir la carga de la rueda directamente, sin depender de la corte de soldadura. Esto reduce el rango de tensión en la soldadura entre el rígido y la red.
• Conexión de placa final: La conexión final del haz de aterrizaje con la columna está diseñada como una conexión fija, no como una conexión de momento. Esto evita que el haz atraiga momentos finales bajo la regulación diferencial o la oscilación del marco, reduciendo el rango de tensión en la conexión.
• Alineación de la camilla y del tren: El haz de aterrizaje está acampado para compensar la desviación de la carga muerta, y el carril se instala a una tolerancia de rectitud de L/1000.

Control de vibraciones para la fabricación de precisión

Los talleres industriales modernos albergan equipos de fabricación que son cada vez más sensibles a las vibraciones. Los centros de mecanizado CNC, las máquinas de medición de coordenadas, las prensas de precisión y los equipos de fabricación de semiconductores tienen límites de vibración del suelo medidos en micrómetros a menudo por debajo de 5 μm para frecuencias de 1-50 Hz. Una grúa de 50 toneladas que opera por encima, o una prensa que estampa 800 veces por minuto, puede generar vibraciones del suelo que superan estos límites en un orden de magnitud.

La estructura de acero no es la fuente de vibración el equipo y la grúa lo son. Pero la rigidez, la distribución masiva y las características de amortiguación de la estructura de acero determinan si la vibración de la fuente se amplifica o se atenua en la ubicación del equipo sensible. Un marco de acero con una frecuencia natural que coincide con la frecuencia de funcionamiento del equipo amplificará la vibración. Un marco con una frecuencia natural bien separada de la frecuencia del equipo no lo hará.

Abordamos el control de vibraciones a través de:

• Separación de frecuencia: Las frecuencias naturales del marco se calculan y se comparan con las frecuencias de funcionamiento del equipo especificado. Cuando se detecta una coincidencia, la rigidez del marco se ajusta (a través de vigas más profundas, columnas más rígidas o aperturas adicionales) para desplazar la frecuencia natural lejos de la banda de excitación.
• Las almohadillas de aislamiento de los equipos: Las almohadillas de aislamiento de vibraciones debajo de las bases del equipo desconejan el equipo de la estructura del piso, reduciendo la vibración transmitida en un 80-95% por encima de la frecuencia de resonancia de la almohadilla.
• Isolación de grúas: El haz de pista de la grúa se aisla de la columna con almohadillas de rodamiento elastómicas que reducen la transmisión de vibraciones inducidas por la grúa al marco del edificio.
• Colocación de la columna estratégica: El equipo sensible a las vibraciones se ubica lo más lejos posible de las pistas de las grúas y de las bases de la prensa pesada, con la distancia calculada para lograr la atenuación requerida.

Un taller industrial con una grúa aérea de 50 toneladas presenta un desafío sísmico único: la grúa en sí es una gran masa suspendida de la estructura del techo. Durante un terremoto, esta masa actúa como un péndulo que oscila lateralmente con respecto al marco del edificio, generando fuerzas horizontales en el nivel del haz de aterrizaje que no se capturan por el análisis sísmico convencional.

La contribución sísmica de la grúa depende de su posición en la bahía en el momento del terremoto. Una grúa estacionada en el centro de la bahía genera fuerzas laterales diferentes a las estacionadas en una bahía final. El análisis más conservador asume que la grúa está en la posición que genera la fuerza máxima típicamente en la bahía final, donde la fuerza lateral de la masa de la grúa oscilante se combina con la fuerza sísmica en el marco del edificio en ese lugar.

Nuestro diseño sísmico para talleres industriales sigue el GB 50011 para proyectos en China y el código internacional correspondiente (IBC/ASCE 7, Eurocode 8) para proyectos de exportación. La masa de la grúa se incluye en la masa sísmica de la estructura, y la fuerza lateral de la grúa se calcula utilizando el procedimiento de fuerza lateral equivalente o el análisis modal, dependiendo del período de la estructura y de la clasificación de irregularidades.

Para los talleres en zonas de alta intensidad sísmica (intensidad sísmica 8+ en la escala china, o categoría de diseño sísmico D+ en ASCE 7), diseñamos los soportes de la pista de grúa como elementos de fusiles que dan rendimiento. Estos soportes se detallan para dar rendimiento de manera controlada a un nivel de fuerza predeterminado, absorbiendo energía sísmica y protegiendo tanto la pista de la grúa como el marco estructural primario. Después de un terremoto de diseño, los soportes se inspecciona y se reemplazan si es necesario una reparación mucho más simple y más barata que reemplazar una columna agrietada o una conexión fallida.

Además, el sistema de edificios industriales Los paneles de pared están conectados al marco estructural con conexiones con hendiduras que permiten un movimiento controlado, evitando que los paneles se agrieten o se desprenden bajo la deriva interplante.